WO2018189014A1 - Vorrichtung und verfahren zum kompaktieren von kohlehaltigem einsatzstoff sowie verwendung - Google Patents

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Uwe TSCHIRNER
Mathias SCHELLER
Matthias SPÖTTLE
Fabian GRAW
Joanna KÜHN-GAJDZIK
Hans-Werner Schröder
Volker Herdegen
Franz FEHSE
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Thyssenkrupp Industrial Solutions Ag
Thyssenkrupp Ag
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Definitions

  • the invention relates to an apparatus and a method for compacting carbonaceous feedstock and the use of certain plant components or compiles made in this context.
  • the invention relates to apparatuses and methods for the production of compacts from feedstocks which hitherto can not be used as standard for coking or which hitherto do not provide a satisfactory final product.
  • the invention relates to apparatus and methods for providing non-classical feeds especially for coking in vertical kilns.
  • the invention relates to an apparatus and a method according to the preamble of the respective independent claim.
  • the invention relates to the use of individual components or devices especially in connection with the provision of compacts (compacts or briquettes) from these alternative starting materials.
  • Coke and coal-containing or carbonaceous feedstocks are currently and in the future for most economies of our earth indispensable raw materials or already present as such recyclables per se. So far, mainly hard coal with high baking capacity (so-called fat coals) are coked. However, it is to be expected that certain types of coke will become scarcer on the world market within a short time. In particular, a declining availability of coking coal that is well suited for coking must be expected, with the result that in the future also badly baking or strongly driving coals or other carbon carriers must be used, in particular for the production of blast furnace coke. Not least because of political pressure, especially in Europe, substitutes will be needed in the future, especially for classic hard coal, especially since the burning of raw materials as an energy source will remain indispensable for many decades to come.
  • Coke ovens for producing coke can, as mentioned, be designed as so-called vertical chamber furnaces.
  • Vertical chamber furnaces are loaded with raw material briquettes or coal briquettes from above.
  • Vertical chamber furnaces can have a considerable height, for example in the range of 30 to 40m.
  • the briquettes are placed for example with a crane above the furnace and slip, in particular by gravity, through the coking shaft (furnace chamber), in particular over a period of several hours, for example 12 or 15 hours, according to the time required to convert the charge into coke.
  • the briquettes undergo a change in temperature, in particular from initial temperatures below 300 ° C to final temperatures between 900 and 1100 ° C.
  • the shaft of a respective furnace chamber may have a height of in particular 3.5m to 10m, and a width of in particular 150 to 600mm. It can be seen that the briquettes have high frictional and compressive forces when coking. The strength of the briquettes should therefore be very high. On the other hand, volume changes and "good" material transport within the briquette should still be possible, so that a certain porosity is equally advantageous.
  • the raw material can be reduced beforehand, in particular in hammer mills, in particular to grain sizes of 0 to 1 mm.
  • the briquettes are subsequently compacted in presses by crimping the grains, hitherto in many cases a briquette geometry in the manner of an elongated cuboid with optionally rounded corners or rounded edges has proven to be advantageous.
  • Even briquettes in the form of an ellipsoid are common, in particular produced by roller presses.
  • the amount of> 30 MPa should be maintained, especially for large / high furnace chambers.
  • Sufficient compressive strength can therefore be considered one of the most important criteria in assessing the feasibility of coking of feedstocks. Since the compressive strength can be influenced by the compacting or pressing, this process is of great importance.
  • the latter can be classified into two types: horizontal chamber (composite) ovens with narrow oven chambers and vertically heated, indirectly heated batch, and so-called heat (non-) recovery ovens with vault-like oven chambers and flat lying therein batch, at least can be heated directly from above.
  • horizontal chamber (composite) ovens with narrow oven chambers and vertically heated, indirectly heated batch
  • heat (non-) recovery ovens with vault-like oven chambers and flat lying therein batch
  • a furnace device having at least one vertical furnace chamber, in particular a coke oven, for producing coke from at least one solid starting material, in particular from the group: brown coal, low-baking hard coal, biomass, petroleum coke, petroleum coke; comprising at least one briquette dryer equipped for tempering briquettes made from the feed material and at least one oven chamber with heating walls, in particular coupled below the briquette dryer to the briquette dryer; wherein the briquette dryer has a heating device and a briquette reservoir heatable therewith, and wherein the briquette dryer is set up to set a continuously or stepwise increasing temperature in the briquette reservoir in the conveying direction of the briquettes, in particular at least two or three temperature levels in the range of 60 to 200 ° C. It has been found that the briquettes described here are advantageously usable in such a furnace device.
  • feedstocks in particular the entire spectrum of soft, matte and lignite lignite as well as the flame coal can be mentioned. In particular, good results have already been achieved with Rhenish, Loessite and Indonesian lignite. It has also been shown that the devices and methods described herein are also suitable for the recovery of Russian brown and flame coals and petroleum coals. In particular, the following types of coal and peat can be mentioned as feedstocks, based on a classification according to DIN, ASTM and UN-ECE, which is reproduced here schematically. It has been found in the context of the present invention, with reference to the German DI N, especially the lignite coal classified therein, matte lignite, Glanzbraunkohlen and flame coals as particularly useful.
  • the feedstock or briquette feedable to the briquette dryer comprises or consists of brown coal with volatiles> 45Ma% and water contents> 40Ma% or> 45Ma%, and / or low volatiles in the range of 28-45Ma% or 12 to 22Ma%.
  • the bulk density of the briquettes in the furnace chamber may be in the range of 650 to 850 kg / m 3 , based on a density of 1,350 kg / m 3 of the respective briquette.
  • a process for the production of coke from at least one solid starting material in particular from the group: lignite, low-baking hard coal, biomass, petroleum coke, petroleum coke; which feedstock is provided in the form of briquettes and is supplied to a vertical furnace chamber, in particular a coke oven, in particular to a furnace device as described above; wherein the briquettes are first fed to a briquette dryer, are dried therein according to a predefined temperature curve continuously according to the advance of the briquettes, in particular to at least two or three temperature levels in the range of 60 to 200 ° C, and then fed to the oven chamber.
  • the briquettes can be pre-dried in a very vorgebare way pre-fabricate, and treat it gently. It has been found that the briquettes described herein are advantageously useful in such a process.
  • the raw material briquettes are performed, for example in a period of 4 to 15 hours, in particular from 6 to 9 hours through the respective furnace chamber.
  • the raw material briquettes are heated from initial temperatures between 100 to 200 ° C, in particular 150 ° C to final temperatures between 900 and 1100 ° C, in particular multi-stage.
  • the required heat can be generated in two laterally to the respective chamber arranged channels, which can be heated by a plurality of external burners, and transmitted indirectly through a stone partition into the respective furnace chamber.
  • the low-baking hard coal even have only low baking properties.
  • the low-baking coal can be used in a preliminary mixing process Binders are added, whereby the adhesion or baking property of the carbon particles is increased during the Brikettiervorganges.
  • the briquettes are also made from types of hard coal such as anthracites (fB ⁇ 12%), malt coals (12% ⁇ fB ⁇ 19%), gas coals (28% ⁇ fB ⁇ 35%), gas flame coals (35% ⁇ fB ⁇ 45 %) or alternatively may consist of a mixture of these types of coal, optionally also using high quality fat (coke) carbons (19% ⁇ fB ⁇ 28%). These percentages, based on standards for carbon species, allow even more specific assignment.
  • hard coal such as anthracites (fB ⁇ 12%), malt coals (12% ⁇ fB ⁇ 19%), gas coals (28% ⁇ fB ⁇ 35%), gas flame coals (35% ⁇ fB ⁇ 45 %) or alternatively may consist of a mixture of these types of coal, optionally also using high quality fat (coke) carbons (19% ⁇ fB ⁇ 28%).
  • the raw material can be comminuted in a perforated disc roller mill to pellets, in particular with a grain size of 0 to 2mm. It has been shown that pellets / grains produced by means of a perforated disc roller mill are particularly easy to bond (they cake easily) and therefore simplify the downstream briquetting process (compression). The use according to the invention or design of a perforated disc roller mill will be described in detail below.
  • This compacting process is preferably carried out in a molding channel stamp press.
  • a particularly high briquette strength can be achieved if the starting material is pressed through a narrowing cross-section after shaping in the tool.
  • An even higher briquette strength can be achieved if the feed is then guided along an expanding discharge line.
  • the distance for the constriction is shorter than the exit distance or shorter than the section with cross-sectional extension.
  • briquettes in flat cylindrical form provide particularly good strength values, be it before or after coking.
  • a ratio of briquette diameter to briquet height of 1 to 5, in particular 2 to 3 gives good results also with regard to the heating and coking process.
  • the briquette preferably has a diameter of 20 to 100 mm.
  • the briquette is produced in particular from coal grain sizes (pellets) between 0 and 2 mm. If it should be shown that the required strength can also be achieved by another die or another type of press, the briquettes can optionally also have a different geometry, such as. As cube, cuboid, platelet, shell, pillow, ball or egg-shaped geometries. In previous experiments, however, the best experiences were made with the puck shape.
  • the pressing takes place in particular at pressures of 120 to 150 MPa, in particular at 140 MPa.
  • the pressing takes place in particular at temperatures between 60 and 100 ° C.
  • the compression takes place for a period of up to 15 seconds.
  • coals described herein can be mixed with coking aids, thereby making coking more efficient and giving the coke product higher quality, e.g. As a higher strength or higher reactivity.
  • At least one coking aid is added to the briquetting process (during pressing), in particular to improve the efficiency of the subsequent coking process.
  • Coking auxiliaries can be selected individually or in combination, in particular from a group of coking aids which have hitherto been regarded as useful in connection with conventional starting materials.
  • Back (adhesive) and coking auxiliaries are preferably added to the raw material before the pressing and coking process in single or multi-stage mixing processes, in particular in order to improve the quality of the coke produced or to facilitate the briquetting process from low-baking coals.
  • adjuvants are preferably added before briquetting at temperatures in the range of 30 to 120 ° C.
  • the auxiliaries may in particular be selected from the following group, optionally in combination: molasses, sulfite liquor, sulfate spent liquor, propane bitumen, cellulose fibers, malt residues (spent grains), HSC (high conversion soaker cracking) residue, HSC / ROSE (Residue Oil Supercritical Extraction ) Mixed residues from the petroleum industry.
  • molasses sulfite liquor, sulfate spent liquor, propane bitumen, cellulose fibers, malt residues (spent grains), HSC (high conversion soaker cracking) residue, HSC / ROSE (Residue Oil Supercritical Extraction ) Mixed residues from the petroleum industry.
  • coking aids and baking (adhesive) aids but there may also be auxiliaries which can fulfill both functions for certain feedstocks.
  • lignites usually have water contents of> 45%.
  • the subsequent briquetting takes place in particular in the temperature range between 40 to 90 ° C, in particular between 55 to 65 ° C.
  • the coal shrinks both by mass and volume by 40 to 60%, in particular 50%, and thereby also obtains the desired high compressive and abrasion strengths of> 30 MPa (in particular cohesive strength after reaction (CSR)) and low reactivities CRI (Coke Reactivity Index) values ⁇ 55%.
  • CSR cohesive strength after reaction
  • CRI Coke Reactivity Index
  • the briquette shape (puck shape) can be maintained, with the result that pressure loss, heat transfer, flow profile and other process parameters remain predefinable.
  • the object of the invention is to provide a device and a method with the characteristics described above are available, whereby a coking of non-classical feedstocks is made possible, in particular of lignite and / or low-baking hard coal or biomass, and with what the feedstock formulated in such a way can be that achieve a high strength and maintain especially for one or after coking of briquettes in vertical kilns.
  • the object can also be seen in such a way to prepare, provide and / or handle non-classical starting materials in such a way that the product obtained can be processed in a similar or the same way as before with conventional starting materials, eg. B. classic hard coal briquettes.
  • a tool device for compacting solid, in particular carbonaceous, starting material in particular from the group: brown coal, low-baking hard coal, biomass, petroleum coke, petroleum coke; to briquettes, with a device for pressing the feedstock;
  • the tool device comprises a first agglomeration stage with a perforated disc roller mill, wherein the means for compressing a Formkanalstempelpresse having at least one ram and corresponding thereto designed pressing channel and the perforated disc roller mill is connected as a second agglomeration stage.
  • the two-stage agglomeration specifically based on perforated disc roller mill and downstream mold channel stamping press, in combination provides particularly good properties of the compressed feedstock.
  • the tool device is set up for a two-stage agglomeration of the feedstock, namely for a compacting of the feedstock in a first step, in particular to cylindrical pellets, and for the pressing in the device for pressing in a second step.
  • the tool device may have a device for feeding the feedstock from the perforated disc roller mill to the ram, wherein the perforated disc roller mill is arranged upstream of the means for supplying, optionally also above it, so that a supply can optionally be done gravity driven.
  • the agglomeration can include comminution of the raw coal in a crusher, then comminution and production of green agglomerates (pellets) of limited strength in a perforated disc roller mill, which is possible in particular at comparatively high initial moisture content of the feedstock, and then drying the pellets to the desired target water content, z. B. in the tube dryer.
  • the agglomeration according to the invention makes possible the following advantages and the overcoming of the following difficulties:
  • the expenditure on equipment can be reduced compared to previous methods (for example, in comparison to wet pulping by fine crushing, liquid separation, drying and subsequent comminution);
  • the previously limited strength of the cokes especially in cokes from the briquettes of pre-granulated dry lignite dust) can be increased.
  • drying produces advantageous effects, so that an arrangement next to one another in the same plane could be more advantageous than an arrangement one above the other.
  • the preferred manner of drying and transfer is preferably definable depending on the type of starting material.
  • the orbital roller mill for pelletizing feed prior to compression may be described as a modified flat die press.
  • the perforated disc roller mill provides the starting material in a ready for pressing and the desired strength confection.
  • the perforated disc roller mill can offer an alternative to traditional comminution, with the advantage that the pellets obtained simplify the pressing and are conducive to the goal of ensuring maximum strength of the briquettes. It has been shown that a perforated disc roller mill can deliver, in particular, comparatively porous pellets with low density. As a further advantage, in particular a high fineness of comparatively moist starting material can be mentioned. Thanks to the shaping through the perforated disc, good conveyability and a high degree of homogeneity of the geometry of the starting material or of the pellets can be ensured. Both aspects in turn have an advantageous effect in particular for handling in a molding channel stamp press.
  • the first step of the agglomeration can therefore be in a "natural" state of the feedstock, with good strength or good caking, only then can / should a predrying take place.Overall, this process sequence avoids the feed to change Has moisture content. Rather, the feedstock can be made continuously dry in a gentle way, which can minimize the material stress.
  • pellets or so-called secondary grains precompactates
  • advantageous transport properties can be achieved (low dust load, size range of the pellets eg 2 / 0.1 mm, ie greater than 0.1 mm and less than 2 mm) ,
  • the perforated disc roller mill is coupled / coupled to the form channel punch press. This can facilitate the handling of the briquettes in the process from feedstock to comminution / pelletizing in the orbital roller mill, further drying of the pellets, compression / briquetting, and further through briquette drying to the coking / oven compartment.
  • the press passages are formed as cylindrical press passages, at least in sections, at least in a first section of the respective press passage. This allows a controlled application of pressure for compacting. This also allows a favorable shape.
  • the press passages are subdivided into at least two sections, comprising a first section with the constant diameter, and further comprising a second section with a conicity, in particular a widening conicity, in particular a conicity widening to 1.5 to 2 times the diameter.
  • a conicity in particular a widening conicity, in particular a conicity widening to 1.5 to 2 times the diameter.
  • the press passages are subdivided into at least two sections, comprising a first section with the constant diameter, which first section extends over a maximum of 20% of the absolute length of the respective press passage.
  • the diameter of the respective press passage may be at least partially larger than the target size of the pellet, in particular depending on the expansion behavior of the feedstock. If a widening of the press passage is for example twice the diameter of a first section of the press passage, the feed material or the pellet does not necessarily have to expand twice. Ultimately, it depends on the starting material, whether the pellet expands completely in accordance with the expansion of the Pressdruchlasses, or whether the pellet expands less.
  • the previously described embodiment of the press passages favors a successful pressing of the feedstock in the second agglomeration stage (form punch press).
  • too solid pellets over compacted pellets
  • the configuration of the press passages which can be variably adjusted as a function of the desired compression. Thanks to the two-stage agglomeration according to the invention, the range of applications can therefore be broadened to a wide range of starting materials.
  • the mold channel stamp press has a press channel with a conical inlet section and a conical outlet section, wherein the press channel has a cross-sectional geometry with opposite conicity, in particular in the manner of a Venturi nozzle.
  • the means for pressing may comprise a pressure channel with venturi cross-sectional geometry, which pressure channel is defined / designated here as Venturi press channel due to the double opposite conicity.
  • the stamp has in particular a cylindrical geometry.
  • the stamp is not necessarily a variable, adapting to a cross-sectional taper geometry required because the punch does not have to fully immerse in the mold or in the conical compression channel.
  • two wear sleeves can be arranged, which can be successively introduced into the press channel.
  • the press channel can have a cross-sectional geometry with opposite conicity.
  • the opposite conicity can be described as in the feed direction Venturi-like, twice opposite tapered course.
  • the inlet section can be conical in the feed direction have narrowing cross-sectional geometry, and the outlet portion may have a conically widening in the feed direction cross-sectional geometry, so that the pressing channel forms a two-conical contour with opposite conicity, first narrowing and then widening, especially in the manner of a Venturi nozzle.
  • the slope / conicity can each be selected individually and specified by one or more (interchangeable) moldings.
  • the packaging or compacting can be easily optimized for each input material.
  • the inlet section is shorter in the feed direction than the outlet section.
  • a high briquette strength can be achieved. It has been shown that it is advantageous to dimension the inlet section in any case shorter than the outlet section. Both sections have a different function: The outlet section should in particular also fulfill the function of a gentle rear expansion.
  • the most gentle re-expansion provides quality-promoting effects in the agglomeration process, especially in the case of plastic goods.
  • the expansion of the briquettes can be done in a controlled manner.
  • the intensity of the compression can be adjusted independently of process parameters during the discharge (expansion after compression).
  • the length and pitch of the inlet and outlet sections can influence the process parameters, even if the feed through the entire press channel is the same (length and pitch of sleeves or moldings, diameter and length of a main constriction between conical sections, in particular with constant cross section).
  • the length of the outlet section is at least 15 cm. As a result, a continuous relaxation of the compact can be ensured. This has a positive effect on the strength of the compact.
  • the length of the outlet section is at most 2/3 of the absolute length of the molding channel.
  • the length of the outlet section is exactly or approximately 200 mm. It has been shown that it is advantageous if the diameter of the main constriction widens from 49.1mm to 50mm.
  • the length of the outlet section is variably adjustable, in particular in order to be able to react to raw material properties.
  • the feed or a stroke of the punch is set so that in each case a single briquette is generated at a stroke.
  • the feed rate can be determined, in particular, depending on the humidity, the fineness or other parameters of the raw material nature of the feedstock. Depending on this, a migration speed of the briquette through the press channel can be specified.
  • the press channel at least partially has a cylindrical cross-sectional geometry, in particular in the feed direction before the conical inlet section and / or behind the conical outlet section and / or between the inlet section and the outlet section.
  • the pressing channel comprises a central section between an inlet and outlet section with a different cross-sectional geometry, in particular a section with a uniform, preferably cylindrical cross-sectional geometry.
  • the cylinder geometry can be realized in the axial direction, a homogeneous surface pressure, and in conjunction with a certain feed rate and a certain conicity even a fairly precisely predefinable radial surface pressure, very homogeneously distributed over the entire briquette, in particular by means of an intermediate section with a uniform, preferably cylindrical cross-sectional geometry. This provides briquettes with high (pressure or abrasion) strength.
  • the pressing channel is complete or the inlet section and the outlet section are each formed from a single molded part.
  • the molded part can be designed with high strength and pressure resistance.
  • a multi-part molding tool can be sufficient, in particular for binder-free briquetting of German lignite coal.
  • a first sleeve for the inlet section in particular up to a main constriction
  • a second sleeve for the outlet section in particular from the main constriction.
  • Multiple individual molded parts provide greater flexibility, as a combination of different sleeves for different coal / feedstock is possible.
  • the molding channel stamp press has cooling channels which extend along the press channel, in particular at least along one inlet / outlet section. In this way, the pressing can also take place in a very narrowly predeterminable temperature range, whereby the quality of the briquettes produced can be further improved.
  • the molding channel stamp press has a measuring device comprising at least one moisture sensor and / or at least one pressure sensor.
  • a sensor eg non-contact sensor, in particular based on microwaves
  • a non-contact measuring method is used, in particular an optical method or ultrasonic method.
  • the pressure measurement can be carried out by means of a sensor (eg pressure cell) which measures the pressure (force / area) in the molding channel or the pressure on the stamp.
  • a sensor eg pressure cell
  • the tooling apparatus may comprise a plurality of agglomeration stages, at least comprising the molding channel stamping press, at least one means for milling the feedstock, at least one means for drying the feedstock, and at least one orifice plate mill for pelletizing the ground feedstock.
  • a single agglomeration stage is to be understood as meaning the entirety of the processes or plants which serve to provide the starting material in a particular formulation, ie especially as the first agglomeration stage, the packaging into pellets, and as the second agglomeration stage the compression into briquettes.
  • the agglomeration thus involves methods or equipment for providing the briquettes upstream of the furnace chamber prior to coking.
  • the device for grinding can be set up for comminution of the starting material to about ⁇ 20 mm.
  • the device for grinding can be designed in particular as a jaw crusher. It has been shown that it is particularly advantageous to provide grinding / crushing when the feedstock has diameters d greater than 20 mm.
  • At least one of the objects described above is also achieved by a method for compacting solid, in particular carbonaceous feedstock from the group: brown coal, low-baking hard coal, biomass, petroleum coke, petroleum coke; to briquettes, comprising compressing the feedstock; wherein the feed is first pelletized into pellets in a first agglomeration stage by means of a perforated disc roller mill, and then in a second agglomeration stage by means of a Formkanalstempelpresse with at least one ram in a press channel along a conically narrowing inlet section and a conically expanding outlet section to briquettes.
  • the process can be optimized in a simple manner with regard to certain starting materials.
  • pelleting of the feedstock into cylindrical pellets by means of a perforated disc roller mill takes place before the pressing.
  • the starting material is provided in an advantageous for the pressing assembly upstream of the Formkanalstempelpresse.
  • the perforated disc roller mill has a die with a plurality of press passages in particular cylindrical passages having a diameter between 2 and 6 mm, in particular of up to 6mm, preferably less than 3mm, more preferably 0.1 to 2mm.
  • the length of the passages can be variable, or pretend individually for each die.
  • the respective matrix can be exchangeable and used individually for each starting material.
  • the passages may have on the output side of a widening cross-sectional geometry or rear hole, for the strongest possible re-expansion. In this case, the weakest possible compaction / compression can be achieved.
  • the pellets thus obtained have the lowest possible bulk density and thus a high porosity, in particular a bulk density in the range of 0.65 to 0.75 g / cm 3 , and / or a porosity in the range of 42 to 46%. It has been shown that advantageous properties during pressing in a molding channel stamp press with Venturi channel can be set thereby. According to an advantageous embodiment, the density of the pellets is about 0.7 g / cm 3 or exactly 0.72 g / cm 3 , and the porosity is about 44% or exactly 44.6%.
  • the perforated disc roller mill has a die with a multiplicity of press openings, each with a diameter of up to 6 mm or between 1 and 6 mm, in particular less than 3 mm. This also provides an advantageous packaging for the second agglomeration stage. It has been found that by means of the perforated disc roller mill in a simple manner, an advantageous pre-assembly of the starting material can be achieved.
  • the starting material can be prefabricated by means of the press passages, especially in preferred geometry, only a comparatively weak agglomeration, and thereby the starting material is prefabricated for a preferred assembly by means of Formkanalstempelpresse (second agglomeration stage).
  • a pellet here is to be understood as meaning the shaped article obtained after the step of rolling / shaping by means of the perforated disc roller mill.
  • the geometry of the precompactates / pellets can be specified by the geometry of the die or the passages.
  • Several pellets can then be shaped into a briquette or compact in the subsequent step of the pressing, in particular by more specific setting of pressing pressure, temperature and pressing time.
  • the compacting process comprises a two-stage agglomeration, it being possible to pelletize the comparatively moist starting material (in particular in the range from 20% by mass) into, in particular, cylindrical pellets before the pressing. It has proved to be advantageous if the coal or the feedstock before pressing has a water content of 8 to 15% by mass, in particular 10 to 12% by mass.
  • the perforated disc roller mill allows pelleting of relatively moist starting material, so that between perforated disc roller mill and Formkanalstempelpresse can be done as needed drying.
  • the pressing is carried out at temperatures in the range of 60 to 95 ° C or from 50 to 90 ° C or from 40 to 80 ° C, in particular 55 to 65 ° C.
  • adhesion or caking can be optimized, in particular in the desired moisture range. In particular, it can be ensured that no evaporation takes place.
  • lignite in particular at least approximately 65 ° C., can be pressed into particularly pressure-resistant briquettes.
  • the pressing takes place at pressures of 120 to 150 MPa, in particular at 140 MPa.
  • advantageous properties of the briquettes can be achieved for various starting materials. Especially in this pressure range high qualities can be achieved.
  • the pressure exerted on the feedstock in the outlet section is preferably set much smaller than the pressure in the inlet section in the main constriction (central section), in particular with a continuous decrease starting from the maximum pressure level.
  • a binder is supplied to the feedstock before or during the pressing, in particular a binder from the group: molasses, sulfite (lye), sulfate (lye), propane bitumen, cellulose fibers, HSC residue, HSC / ROSE mixing residue.
  • a binder from the group: molasses, sulfite (lye), sulfate (lye), propane bitumen, cellulose fibers, HSC residue, HSC / ROSE mixing residue.
  • the binder is supplied in particular at temperatures in the range of 30 to 120 ° C. It has been found that addition of binder in the orbital roller mill is not necessarily required. However, briquetting or coking aids may optionally be added there and / or in a separate mixer.
  • the starting material after the first agglomeration stage is provided with a pellet or grain size between 0.1 and 4 mm or between 0.1 and 3 mm, in particular less than 2 mm. This ensures a good cohesion of the individual particles in the compressed briquette, in particular regardless of the type or direction of the load in the furnace chamber.
  • the pressing is preferably carried out at max. 15Ma% water, in particular temperature- and / or moisture-controlled in the range of 8 to 15Ma%, or even more targeted in the range of 10 to 12Ma%.
  • the comminution of the feed can be done by grinding and pelletizing in the perforated disc roller mill.
  • the starting material for the first and / or second agglomeration stage is provided with a water content of 15 to 60% by mass, in particular 40 to 60% by mass; wherein the feedstock during pressing to a water content of 5 to 20Ma%, in particular 10 to 12Ma%, in particular HMa% is brought, in particular at temperatures in the range of 40 to 70 ° C, in particular 50 to 70 ° C, in particular 60 ° C.
  • the water content may also be higher or lower, in particular in the complete range from the initial water content of the feedstock (eg lignite 50 to 65%) to the water content of the predried feedstock.
  • a porosity in the range of from 40 to a maximum of 50% is preferably ensured in the first agglomeration stage, and / or a bulk density in the range from 0.6 to a maximum of 0.8 g / cm 3 .
  • the raw density is max. 0.75 g / cm 3
  • / or the porosity is max. 45%.
  • the pressing is carried out batchwise in each case one briquette within a period of less than 15 seconds, in particular less 10 seconds, in particular in the range of 3 to 9 seconds.
  • good properties of the briquette can be achieved, in particular also good strength values.
  • the coal or the feedstock is mixed prior to pressing from at least two different starting materials, in particular with the addition of binder. This makes it possible to optimize the composition of the briquette individually for a particular application.
  • a coking aid is fed to the feedstock before or during the pressing, in particular a coking aid from the group: molasses, sulphite (lye), sulphate (lye), propane bitumen, cellulose fibers, HSC ( High Conversion Soaker Cracking) Residue, Residue Oil Supercritical Extraction (HSC / ROSE) Residuals.
  • a coking aid from the group: molasses, sulphite (lye), sulphate (lye), propane bitumen, cellulose fibers, HSC ( High Conversion Soaker Cracking) Residue, Residue Oil Supercritical Extraction (HSC / ROSE) Residuals.
  • HSC High Conversion Soaker Cracking
  • HSC / ROSE Residuals.
  • the coking aid is supplied in particular at temperatures in the range from 30 to 120 ° C.
  • the range of applications of briquettes is thus particularly broad. It has been shown that briquetting is important for the strength of the briquettes even after coking. However, the strength may be lost due to improper drying, coking or cooling. In the case of the temperature-controlled method described here, it is possible to ensure that the compressive strength of, in particular, brown coal does not fall due to coking, but remains constant or even increases.
  • an increase in strength can be ensured by at least 30 to 50%, for example from 25MPa to at least 35MPa, or from 30MPa to at least 45MPa.
  • the time / duration of the coking and pressure conditions in the furnace chamber it is also possible in particular to name the time / duration of the coking and pressure conditions in the furnace chamber. However, it has been shown that the temperature profile has the greatest influence.
  • the strength can be a monovariable function of the density.
  • using binders briquettes with very high strength can be produced even at lower density.
  • heating and drying of the feedstock to 20% by weight of water takes place, followed by heating and drying of the feedstock to be pressed into briquette to HMa% of water, before the briquettes are fed to a furnace device. This ensures a particularly gentle treatment of the briquettes.
  • the pressing is preferably carried out at HMa% water, in particular temperature and / or moisture-controlled.
  • At least one of the objects described above is also achieved according to the invention by using a perforated disc roller mill in conjunction with a forming channel stamp press in a two-stage agglomeration process for compacting at least one solid feedstock from the group: brown coal, low-baking hard coal, biomass, petroleum coke, petroleum coke; for providing briquettes, wherein the perforated disc roller mill comprises a die having a plurality of press passages each with a diameter of up to 6 mm, in particular less than 2 mm, in particular use of a molding channel stamp press with doubly oppositely tapering press channel for providing in particular cylindrical briquettes from pellets of a perforated disc roller mill, in particular for a furnace device with vertical furnace chambers.
  • At least one of the objects described above is also achieved according to the invention by using a perforated disc roller mill for pelleting at least one solid feedstock from the group: brown coal, low-baking hard coal, biomass, petroleum coke, petroleum coke; for providing pellets for pressing the pellets into briquettes in a forming channel stamp press, wherein the perforated disc mill comprises a die having a plurality of press passages each having a diameter of up to 6 mm, in particular less than 2 mm, in particular for a furnace device with vertical furnace chambers.
  • the briquette has this compressive strength before and / or after coking, preferably both before and after coking.
  • the briquette has a cylindrical geometry. It has been found that this geometry opens up a wide range of applications for the briquettes, and in particular also makes possible an advantageous production method. According to one embodiment, the briquette is wider than high, in particular disk-shaped. This allows a particularly precise influence on the properties of the briquettes in connection with the pressing. According to one embodiment, the briquette has a cylindrical geometry with a width to height ratio of 1 to 5, in particular 2 to 3, with at least one end face geometrically corresponding to a End face of a press ram of a molding channel stamp press. As a result, a particularly good strength can be achieved. By means of the press ram, the briquette can be given a geometry within a narrow tolerance range.
  • the briquette has z. As a width or a diameter of 20 to 100mm, with flat front sides, optionally with rounded corners. It has been found that the cylindrical geometry provides advantages in particular in the substitution of classic blast furnace bricks or classic feedstocks, in which a slow burning and a delayed reaction are required or desirable. In particular, due to the strength values of cylindrical briquettes obtained by means of the agglomeration process (compression in press channel) described here, the substitution can take place on a broad basis.
  • a pellet adapted for pressing in a mold channel stamp press for providing a briquette adapted for coking in an oven device for producing coke, the pellet being produced by pelleting at least one solid feedstock from the group: Lignite, low-lump coal, biomass, petroleum coke, petroleum coals; in a orbital roller mill, by providing the pellet with a size between 0.1 and 4mm or between 0.1 and 3mm at the forming channel punch press.
  • This also provides a wide range of applications.
  • At least one of the objects described above is also achieved by a briquette, in particular a previously described briquette, produced by pressing at least one solid feedstock from the group: brown coal, low-baking hard coal, biomass, petroleum coke, petroleum coke; in a molding channel press with a double opposing Venturi tapering press channel, especially after the feed has been previously pelletized in a perforated disc mill.
  • a briquette in particular a previously described briquette, produced by pressing at least one solid feedstock from the group: brown coal, low-baking hard coal, biomass, petroleum coke, petroleum coke; in a molding channel press with a double opposing Venturi tapering press channel, especially after the feed has been previously pelletized in a perforated disc mill.
  • a briquette adapted for coking in a furnace device in particular a previously described briquette, prepared by pelleting at least one solid feedstock from the group: brown coal, low-baking hard coal, biomass, petroleum coke, petroleum coals; in a perforated disc mill, by providing the feedstock after the first agglomeration step of a size between 0.1 and 4mm or between 0.1 and 3mm, and then pressing the resulting pellets into particularly cylindrical briquettes in a punch press, especially in a double opposed venturi style tapered pressing channel.
  • At least one of the above-described objects is also achieved by a coal compact of brown coal, provided as a coal briquette or coke briquette, with the following properties: maximum density of 0.75 g / cm 3 , and / or maximum 45% porosity, wherein the coal compact in particular a cylindrical disc-shaped Has geometry.
  • a carbon compact of low-baking hard coal provided as a coal briquette or coke briquette, with the following properties: maximum density of 0.75 g / cm 3 , and / or maximum 45% porosity, the coal compact in particular a cylindrical, having disc-shaped geometry.
  • At least one of the objects described above is also achieved by a compact of biomass or petroleum charcoal, with the following properties: maximum density of 0.75 g / cm 3 , and / or maximum 45% porosity, wherein the compact in particular has a cylindrical disc-shaped geometry.
  • At least one of the objects described above is also achieved by using a pelletized by means of a perforated disc roller mill and pressed by a Formkanalstkovpresse particular cylindrical briquette of at least one solid feedstock from the group: lignite, low-baking hard coal, biomass, petroleum coke, petroleum coals; In a vertical chamber furnace, in particular a briquette described above, for producing coke briquettes by tempering at least two temperature ranges with different steep temperature ramp, first smaller pitch, then greater pitch.
  • At least one of the objects described above is also achieved by using coking aids for producing a briquette from at least one solid feedstock from the group: brown coal, low-baking hard coal, biomass, petroleum coke, petroleum coke; in particular a briquette previously described, wherein the coking aid consists of at least one component from the following group: Sulphite (lye), sulphate (lye), propane bitumen, cellulose fibers, HSC residue, HSC / ROSE mixed residue.
  • coking aids for producing a briquette from at least one solid feedstock from the group: brown coal, low-baking hard coal, biomass, petroleum coke, petroleum coke; in particular a briquette previously described, wherein the coking aid consists of at least one component from the following group: Sulphite (lye), sulphate (lye), propane bitumen, cellulose fibers, HSC residue, HSC / ROSE mixed residue.
  • At least one of the objects described above is also achieved by using a binder for producing a briquette from at least one solid feedstock from the group: lignite, low-lump coal, biomass, petroleum coke, petroleum coke; in particular of a briquette described above, wherein the binder consists of at least one component from the following group: sulfite (ab) lye, sulfate (lye), propane bitumen, cellulose fibers, HSC residue, HSC / ROSE mixed residue, Malt residues (brewer's grains).
  • the binder can not only improve the cohesion of the pellets / precompactates but also improve the coking properties (especially the CRI and CSR values).
  • At least one of the objects described above is also achieved by using binders and / or coking aids for producing a briquette from at least one solid feedstock from the group: brown coal, low-baking hard coal, biomass, petroleum coke, petroleum coke; the binder or coking aid comprising at least one substance from the group: sulfite (lye), sulfate (lye), propane bitumen, cellulose fibers, HSC residue, HSC / ROSE mixed residue. It has been found that these substances can be used both as binders and as coking aids.
  • the binders are added to the feedstock prior to compression and, thanks to their adhesive effect, allow the formation of a dimensionally stable compact from weakly baking feedstock.
  • the coking aids only melt at higher temperatures in the furnace chamber and form what are known as melted or solid-state bridges between the particles during expansion / expansion and reconsolidation of the starting material, in particular in the temperature range> 350 ° C.
  • At least one of the objects described above is also achieved by a coal arrangement comprising at least one previously described furnace device and at least one tool device described above, wherein compressed by means of the tool device briquettes preferably with a water content of less than 15Ma%, in particular in the range of 10 to 12Ma % pressed and provided on the water content of the furnace device, in particular on a temperature and / or moisture-controlled briquette dryer upstream of the furnace chamber.
  • This can be avoided that the briquettes absorb water again after assembly. Material stress can be minimized. It has been shown that it is advantageous, in particular with regard to process stability and with respect to quality of the end product, that the water content is from 10 to 12% by mass, in particular HMa%. does not change between the pressing (second agglomeration stage) and a subsequent drying operation immediately before coking (ie eg in a briquette dryer).
  • Such a charcoal arrangement provides advantages in handling or feeding the feedstock or pellets / precompactates, and in particular allows flexible setting of drying processes or temperature curves, depending on the type of coal.
  • the final compressed briquettes can be z. B. by means of a Wellkantengurt measureers or conveyor belt (belt system) after completion of pressing the briquette dryer or an upstream bunker be promoted.
  • the tool device in particular a die channel punch press of the tool device, is arranged in the direction of gravity above a briquette dryer of the furnace device. This allows for delivery based on gravitational forces without the need for a belt plant.
  • the individual components of the tool device can also be arranged at other positions.
  • the briquettes may e.g.
  • the coal utilization arrangement comprises a perforated disc roller mill which is arranged in the conveying direction of the feed material upstream of a mold channel stamp press of the tool device.
  • the following arrangements or material flows can be realized: The feedstock is fed (in particular without the need for predrying) to a perforated disc roller mill, then dried, and then pressed into briquettes.
  • the following arrangement was customary: comminuted feed material was conveyed into a dryer, from there to secondary comminution, and then the pressing into briquettes took place.
  • the pre-dryer may be arranged in the vicinity of the molding channel stamp press.
  • the briquette dryer is preferably located above the respective furnace chamber.
  • it may be coupled to a (respective) furnace chamber: a built-over bunker, a built-over dryer, a built-under means for Kokstrockenkühlung.
  • the following separate components can form one unit: first agglomeration stage (comprising drying, comminution), second agglomeration stage (comprising briquetting).
  • a centralized dryer may be provided for a plurality of furnace chambers, with the involvement of further waste heat sources being possible, in particular for the purpose of reducing emissions, reducing corrosion in the dryer, or improving coke quality through feed-specific controlled drying.
  • first and second agglomeration stage briquette bunker and briquette dryer, oven chamber with overbuilt bunker and undercooked Kokstrockkühlung.
  • wet comminution and shaping can also be carried out, in particular with a comparatively high moisture content, namely in a perforated disc roller mill or perforated disc roller mill, which permits intensive digestion of the granules and thereby facilitates later caking or high compressive strengths can.
  • the briquetting can then take place in the second agglomeration step.
  • the traditional treatment of lignite follows the following scheme: pre-crushing of raw coal in raw fine coal, drying of the raw fine coal to provide dry coal, comminution of the dry coal, briquetting of the comminuted dry coal.
  • At least one of the objects described above is also achieved by a method for producing coke and / or chemical recyclables such as gases and liquids by coking of at least one solid feedstock from the group: lignite, low-lump coal, biomass, petroleum coke, petroleum coals; wherein the at least one solid feedstock is ground and pelletized in a first agglomeration stage preceded by coking and compressed in a further upstream second agglomeration stage, preferably each with controlled drying, and then further in a briquette dryer stepwise to a moisture content of less than 5Ma % is dried, and is then conveyed through a shaft-like coking chamber due to gravitational forces from top to bottom and is heated continuously with increasing path length, wherein the required heat energy in at least two, preferably at least three on each side of the respective furnace chamber arranged horizontal Heating channels, and preferably by an overlying meandering heating channel, which are each heated individually by at least one external burner, generated and indirectly via a partition in the Ofenkam in which the feed material
  • At least one of the objects described above is also achieved by a method for producing coke and / or chemical recyclables such as gases and liquids by coking of at least one solid feedstock from the group: lignite, low-lump coal, biomass, petroleum coke, petroleum coals; wherein the at least one feedstock in a preceding first agglomeration stage comprising a perforated disc roller mill, and then pressed in a second agglomeration step comprising a punch press, and preferably pre-dried in each agglomeration step, then dried stepwise in a briquette dryer to a moisture content of less than 5 Ma%, and then through a shaft-like coking chamber due to gravitational forces is conveyed from top to bottom and thereby continuously heated with increasing path length, wherein the required heat energy in at least two, preferably each at least three on each side of the respective furnace chamber arranged horizontal heating channels, and preferably also by an overlying Meander-shaped heating channel, which are each heated individually by at least one external burner, generated and transmitted
  • At least one of the objects described above is also achieved by a method for producing coke briquettes from solid, in particular carbonaceous feedstock, comprising both the compacting of the feedstock to briquettes described above and the previously described production of coke briquettes, both the compacting and the Downstream drying in a briquette dryer and / or the coking in a respective oven chamber temperature and / or humidity controlled done.
  • This enables briquettes of very high quality, in particular due to temperature and / or humidity control through the entire process chain.
  • Fig. 1 shows the basic structure of a tool device according to an embodiment, in particular in a relative arrangement to a tool device comprehensive
  • Fig. 2 is a side view of a coal arrangement for incorporation of a
  • Tooling device according to an embodiment
  • 3, 4A, 4B show individual components of a molding channel stamp press of a tool device according to embodiments
  • Fig. 5 shows an advantageous geometry of a briquette made according to an embodiment or to
  • FIG. 6 to 8 in a schematic representation of details of the first agglomeration of a
  • a tool device 70 is shown, which may be part of a coal assembly 80 comprising a furnace device 10.
  • the tool device 70 comprises a first agglomeration stage 70.1 and a second agglomeration stage 70.2.
  • the first agglomeration stage 70.1 comprises a perforated disc roller mill 79 with a matrix 79.1 having a multiplicity of pressing passages 79.2, through which feedstock 1 can be pressed and provided in the form of pellets 1.1 at the second agglomeration stage 70.2.
  • the second agglomeration stage 70.2 comprises a device for pressing 73, which is designed as a molding channel stamping press or comprises. After pressing, the obtained briquettes 5 can be fed to the furnace device 10, in particular a vertical-chamber coke oven.
  • FIG. 2 schematically shows the incorporation of the tool device 70 into a charcoal arrangement 80 comprising a furnace device 10 with a feed unit 10.1 for the briquetted feedstock 5, a briquette dryer 15, an entry system 16, a plurality of vertical furnace chambers 11, a coke dry cooling 19 and a discharge system 17 ,
  • Fig. 3 shows in detail a molding channel 73.1 Venturi geometry, formed in a base body 73.2, in which also temperature control channels (cooling or heating channels) 73.21 are provided.
  • a ram 75 is guided in a guide portion 74, which merges into a continuously narrowing inlet portion 76 (length of the mold channel constriction L73), in particular formed by a first sleeve.
  • This can be followed in the feed direction by a central section or a main constriction 76a, in particular with a cylindrical geometry or a circular cross-sectional profile.
  • a continuously widening outlet section 77 may be formed, in particular, by a second sleeve.
  • the sections together form a die 78, which may optionally be integral or may be formed by a single mold section of the mold channel.
  • the ram 75 can be displaced over a maximum stroke length H, whereby the length of a single stroke preferably corresponds to the width of the respective briquette (one briquette per stroke).
  • the stamp immersion depth E in the inlet section 76 is preferably significantly greater than the respective stroke.
  • the degree of pressure can be defined.
  • the height ⁇ 73 is preferably greater than the height of the mold channel widening, and / or the pitch of the mold channel constriction is greater than that of the mold channel widening.
  • a control device 20 is further indicated, by means of which, based on measured values, which are detected by a measuring device 14, a process control can be carried out.
  • the measuring device 14 comprises in particular at least one temperature sensor 14.1 and / or at least one H20 sensor 14.2 and / or at least one pressure sensor 14.3, the respective position of which is indicated here only by way of example.
  • the compaction shown in FIG. 3 can optionally also be carried out decoupled from the other method steps.
  • the pellets 1.1 can be fed to a pre-dryer 71 and fed via a coupling 72 of the molding channel punch press 73.
  • the Venturi molding channel is provided here by a single wear sleeve 73.3.
  • the molding channel has a circular cross-sectional geometry Q73.
  • Fig. 5 shows a preferred geometry of briquettes 5 for vertical-chamber coke ovens.
  • the briquette 5 is cylindrical and has a diameter D5 and a height h5.
  • Fig. 6 shows a die 79.1 having a plurality of press passages 79.2 which extend over an absolute length L79 of the die.
  • Fig. 7, 8 shows each pressing passages 79.2, each having a first portion 79a and a second portion 79b.
  • the respective press passage has a constant D79 diameter in the first section 79a.
  • a taper 79.3 is provided in the second section 79b.
  • FIG. 8 shows an embodiment of the press passages, in which the length of the first section 79a amounts in each case to a maximum of 20% of the absolute length L79. This geometry allows a very moderate expansion.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugvorrichtung (70) zum Kompaktieren von festem, insbesondere kohlenstoffhaltigem Einsatzstoff zu Briketts, mit einer Einrichtung zum Verpressen des Einsatzstoffes; wobei die Werkzeugvorrichtung eine erste Agglomerationsstufe (70.1) mit einer Lochscheibenwalzenmühle (79) umfasst, wobei die Einrichtung zum Verpressen eine Formkanalstempelpresse (73) mit wenigstens einem Pressstempel (75) und korrespondierendem Presskanal (73.1) aufweist und der Lochscheibenwalzenmühle als zweite Agglomerationsstufe (70.2) nachgeschaltet ist, wobei die Lochscheibenwalzenmühle (79) eine Matrize (79.1) mit einer Vielzahl von Pressdurchlässen (79.2) jeweils mit einem Durchmesser bis 6mm oder zwischen 1 und 6mm, insbesondere kleiner 3mm umfasst. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Kompaktieren von festem, insbesondere kohlenstoffhaltigem Einsatzstoff sowie die Verwendung von einzelnen Anlagenkomponenten in einer zweistufigen Agglomeration.

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Kompaktieren von kohlehaltigem Einsatzstoff sowie Verwendung
TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Kompaktieren von kohlehaltigem Einsatzstoff sowie die Verwendung bestimmter Anlagenkomponenten oder der in diesem Zusammenhang erstellten Kompaktate. Insbesondere betrifft die Erfindung Vorrichtungen und Verfahren zur Herstellung von Kompaktaten aus Einsatzstoffen , die bisher für das Verkoken nicht standardmäßig verwendet werden können, oder die bisher noch kein zufriedenstellendes Endprodukt liefern. Insbesondere betrifft die Erfindung Vorrichtungen und Verfahren zum Bereitstellen von nicht-klassischen Einsatzstoffen speziell für die Verkokung in Vertikalkammeröfen. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des jeweiligen unabhängigen Anspruchs. Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung einzelner Komponenten oder Vorrichtungen speziell im Zusammenhang mit der Bereitstellung von Kompaktaten (Presslinge oder Briketts) aus diesen alternativen Einsatzstoffen . HINTERGRUND
Kokse und kohlehaltige bzw. kohlenstoffhaltige Einsatzstoffe sind aktuell und auch in Zukunft für die meisten Volkswirtschaften unserer Erde unentbehrliche Grundstoffe oder stellen bereits als solche Wertstoffe per se dar. Bisher werden vornehmlich Steinkohlen mit hohem Backvermögen (so genannte Fettkohlen) verkokst. Es ist jedoch zu erwarten , dass bestimmte Kokssorten schon in kurzer Zeit auf dem Weltmarkt knapper werden. Insbesondere muss mit einer rückläufigen Verfügbarkeit von für die Verkokung gut geeigneten Kokskohlen gerechnet werden, was dazu führt, dass zukünftig wohl auch schlecht backende bzw. stark treibende Kohlen oder andere Kohlenstoffträger verwendet werden müssen, insbesondere zur Erzeugung von Hochofenkoks. Nicht zuletzt aufgrund politischen Drucks speziell auch in Europa werden in Zukunft Substitute insbesondere für klassische Steinkohlen benötigt, insbesondere da wohl noch viele Jahrzehnte die Verfeuerung von Rohstoffen als Energiequelle unentbehrlich bleiben wird. In Europa wird klassische Kokskohle seit dem Jahre 2014 als kritischer Rohstoff angesehen; dennoch wird ihr im Vergleich zu anderen kritischen Rohstoffen nach wie vor höchste wirtschaftliche Bedeutung beigemessen. Hier zeigt sich bei globaler Betrachtung einerseits ein Widerspruch, andererseits eine Chance oder ein Motivationsgrund, ausgehend von klassischen Verkokungsverfahren weitere Optimierungsmaßnahmen gewinnbringend zu implementieren .
Der Energiewandel vollzieht sich aktuell eher nur in den hochindustrialisierten reichen Ländern, wohingegen Entwicklungsländer auch in vielen Jahren noch auf die Verfeuerung von herkömmlichen Rohstoffen angewiesen sein werden, basierend auf Stand der Technik von vor vielen Jahren/Jahrzehnten. Aber beispielsweise auch in einem weit entwickelten Land wie Australien, insbesondere im Bundesstaat Queensland werden aktuell hohe Investitionen getätigt, um auf modernere Ofentechnik umzusteigen und Rohstoffe auch im eigenen Land in Zukunft weiterhin zu einem hohen Anteil veredeln zu können. Hohes Interesse und hoher technischer Bedarf besteht daher an Vorrichtungen und Verfahren, mittels welchen neue Möglichkeiten bereitgestellt werden können , Kokse bzw. bestimmte Kokssorten mit bestimmten Eigenschaften herzustellen oder zu nutzen, oder das Spektrum der zur Koksherstellung verwendbaren Einsatzstoffe zu erweitern . Selbstredender Weise kann hierdurch auch vermieden werden, dass bestimmte Rohstoffe über große Entfernungen rund um den Globus transportiert werden müssen .
Technisch besonders herausfordernd ist die Herstellung von hochwertigen Koksen aus schwach- und nichtbackenden Verkokungsrohstoffen , insbesondere auch Braunkohlen. Eine Nutzung derartiger Einsatzstoffe auf breiterer Basis dürfte auch in Europa von Interesse sein , insbesondere da der Abbau derartiger Einsatzstoffe noch in vertretbarerem Kostenrahmen erfolgen kann als z. B. bei Steinkohle. Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf diese in letzter Zeit immer lauter werdende Herausforderung, auch nicht-klassische Einsatzstoffe verwertbar zu machen. Interessant ist dabei nicht zuletzt z. B. auch die Verwendung von Einsatzstoffen , welche einen hohen Schwefelanteil aufweisen, insbesondere da sich diverse Anwendungen zeigen könnten, bei welchen genau dieser anfallende Schwefel als Nebenprodukt genutzt werden könnte.
Es hat sich bereits herausgestellt, dass in vielen Fällen die Umwandlung von Kohlen zu hochwertigen Koksen nur dann gelingt, wenn der Rohstoff bzw. Einsatzstoff zuvor auf bestimmte Weise verpresst und konfektioniert wird (so genannte Brikettierung/Kompaktierung von Einsatzstoff zu Kohlebriketts). Die Briketts müssen insbesondere hohen Druckkräften in den mehrere Meter hohen Schüttungen in den Ofenkammern standhalten, insbesondere bei großen Vertikalkammeröfen, und sollen möglichst nicht in kleine Partikel zerfallen. Ein wichtiges Kriterium für eine vorteilhafte Verfahrensgestaltung dürfte also auch die erzielbare Festigkeit des Einsatzstoffes sein, insbesondere hinsichtlich Verwendung in Vertikalkammeröfen. Bei der Suche nach neuen, alternativen Einsatzstoffen und neuen Verfahren ist daher auch die Frage von Interesse, in welcher Konfektionierung der alternative Einsatzstoff optimaler Weise bereitgestellt werden sollte, und auf welche Weise das Konfektionieren dafür erfolgen könnte.
Koksöfen zur Erzeugung von Koks können wie erwähnt als so genannte Vertikalkammeröfen ausgebildet sein. Vertikalkammeröfen werden mit Rohstoffbriketts bzw. Kohlebriketts von oben beladen. Vertikalkammeröfen können eine beträchtliche Bauhöhe aufweisen , beispielsweise im Bereich von 30 bis 40m. Die Briketts werden beispielsweise mit einem Kran oberhalb des Ofens platziert und rutschen , insbesondere infolge Schwerkraft, durch den Verkokungsschacht (Ofenkammer), insbesondere über eine Zeitspanne von mehreren Stunden, beispielsweise 12 oder 15 Stunden , entsprechend der zur Umwandlung des Einsatzstoffes in Koks erforderlichen Zeit. Dabei erfahren die Briketts eine Temperaturänderung, insbesondere von Anfangstemperaturen unter 300°C auf Endtemperaturen zwischen 900 und 1100°C. Üblicherweise sind zwei bis zehn Ofenkammern zu einer so genannten Ofenbatterie eines Koksofens zusammen gefasst. Der Schacht einer jeweiligen Ofenkammer kann eine Höhe von insbesondere 3.5m bis 10m aufweisen , und eine Breite von insbesondere 150 bis 600mm. Hieran ist ersichtlich , dass auf die Briketts beim Verkoken hohe Reib- und Druckkräfte einwirken. Die Festigkeit der Briketts soll daher möglichst sehr hoch sein. Andererseits sollen noch Volumenänderungen und „guter" Stofftransport innerhalb des Briketts ermöglicht werden können. Eine gewisse Porosität ist also ebenso vorteilhaft.
Zum Bereitstellen von Briketts kann vorab ein Zerkleinern des Rohstoffes erfolgen , insbesondere in Hammermühlen, insbesondere auf Korngrößen von 0 bis 1mm. Üblicherweise werden die Briketts darauffolgend in Pressen durch Verpressen der Körner kompaktiert, wobei sich bisher in vielen Fällen eine Brikett-Geometrie in der Art eines länglichen Quaders mit wahlweise abgerundeten Ecken oder abgerundeten Kanten als vorteilhaft erwiesen hat. Auch Briketts in Form eines Ellipsoids sind geläufig, insbesondere hergestellt mittels Walzenpressen.
Zur Steigerung des Backvermögens (Zusammenhaften der Partikel während und nach dem Verpressen) bzw. zur Verbesserung der Agglomerationseigenschaften des zerkleinerten Rohstoffes kann eine Zugabe von Wasser bzw. Dampf erfolgen. Ein hoher Wassergehalt kann sich jedoch nachteilig auf die Festigkeit der Briketts auswirken, sobald diese verkokt werden, mit der Folge, dass die Briketts insbesondere im unteren Bereich in einem Vertikalkammerofen, wo die größten Kräfte bzw. Lasten auf die Briketts wirken, zerfallen und den Verkokungsvorgang beeinträchtigen. In der Tat hat sich gezeigt, dass Schwierigkeiten im gesamten Verfahren an unterschiedlichen Prozessschritten insbesondere dann auftreten , wenn die Festigkeit der Briketts nicht ausreichend hoch ist, mit der Folge, dass die Kohle-/Koks- Briketts in der Schüttung im Verkokungsschacht zerbrechen . In vielen Fällen sollte daher als eine Untergrenze für den Druckfestigkeitswert der Briketts der Betrag von >30MPa eingehalten werden , insbesondere bei großen/hohen Ofenkammern. Eine ausreichende Druckfestigkeit kann daher als eines der wichtigsten Kriterien bei der Einschätzung der Machbarkeit der Verkokung von Einsatzstoffen gelten. Da die Druckfestigkeit durch das Kompaktieren bzw. Verpressen beeinflusst werden kann, kommt diesem Verfahren hohe Bedeutung zu .
Weitere Schwierigkeiten treten insbesondere dann auf, wenn ein bestimmter Wassergehalt des Rohstoffs bzw. der Briketts nicht ausreichend exakt eingehalten werden kann, mit der Folge, dass die Briketts während der Wärmezufuhr hohem Stress unterliegen , insbesondere aufplatzen oder anderweitig zerfallen . Die obigen Ausführungen zeigen, dass der effiziente Betrieb eines Ofens die Bereitstellung von Rohstoff bzw. Briketts möglichst in einem engen Toleranzbereich erfordert, insbesondere bezüglich Druckfestigkeit und Wassergehalt. Aus diesen Erwägungen geht hervor, dass bei der Suche nach neuen Verfahren und Vorrichtungen insbesondere folgende Punkte von Belang sind: Definition einsatzstoffspezifischer Aufheizkurven in der Ofenkammer; Definition einsatzstoffspezifischer Verfahrensparameter, insbesondere Temperatur, Dauer, Druck, sei es beim Verkoken, sei es beim Konfektionieren des Einsatzstoffes zu Briketts; Bilanzierung von Art und Volumen von Stoffströmen, insbesondere bezüglich während der Verkokung emittierter Gase; Verwertungs- und Entsorgungsoptionen. Bisher erfolgte die Koksherstellung entweder in Gasöfen mit Vertikalkammern , oder in Koksöfen mit Horizontalkammern . Letztere lassen sich in zwei Typen klassifizieren: Horizontalkammer-(Verbund-)Öfen mit schmalen Ofenkammern und hochkant darin stehender, indirekt beheizter Charge, und so genannte Heat-(Non- )Recovery-Öfen mit gewölbeartigen Ofenkammern und flach darin liegender Charge, die zumindest von oben auch direkt beheizt werden kann . Aktuell wird davon ausgegangen, dass diese beiden Arten von Koksöfen für zukünftige Aufgaben der Roh Stoff- Verwertung wohl nicht mehr ausreichend effektiv optimierbar sind. Es scheint, dass ein neues Konzept für eine neue Generation von Koksöfen entwickelt werden sollte, insbesondere vor dem Wunsch, eine breite Palette unterschiedlicher Einsatzstoffe damit zu verwerten. Daher wird im Folgenden ein neues Konzept zum Bereitstellen des Einsatzstoffes für den Verkokungsprozess vorgestellt, welches insbesondere auch für die Verwendung bisher üblicherweise verwendeter (Kohlen-)Einsatzstoffe anpassbar ist.
Die Veröffentlichung US 2012/0317878 AI beschreibt ein Verfahren zum Bereitstellen von Briketts, bei welchem sowohl eine Vorrichtung zum Pelletieren als auch eine Vorrichtung zum Brikettieren verwendet werden. Dazwischen ist bevorzugt eine Trocknungseinheit vorgesehen. BESCHREI BUNG DER ERFINDUNG
Im Zusammenhang mit der weiter unten definierten Aufgabe der Erfindung ist es vorteilhaft, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, womit eine Verkokung auch von nicht-klassischen Einsatzstoffen ermöglicht wird, insbesondere von Braunkohlen und/oder schwachbackenden Steinkohlen und/oder Biomasse und/oder Petrolkohle, insbesondere in Vertikalkammeröfen. Dabei kann es vorteilhaft sein , nicht-klassische Einsatzstoffe derart aufzubereiten , bereitzustellen und/oder zu handhaben, dass mit dem nach Verkokung erhaltenen Produkt möglichst auf ähnliche oder gleiche Weise verfahren werden kann wie bisher mit klassischen Einsatzstoffen , z. B. klassischen Steinkohlebriketts.
Bereitgestellt wird in diesem Zusammenhang insbesondere eine Ofenvorrichtung mit wenigstens einer vertikalen Ofenkammer, insbesondere ein Koksofen, zur Herstellung von Koks aus wenigstens einem festen Einsatzstoff insbesondere aus der Gruppe: Braunkohle, schwachbackende Steinkohle, Biomasse, Petrolkoks, Petrolkohle; umfassend wenigstens einen zum Temperieren von aus dem Einsatzstoff erstellten Briketts eingerichteten Brikett-Trockner sowie wenigstens eine insbesondere unterhalb des Brikett-Trockners an den Brikett-Trockner gekoppelte Ofenkammer mit Heizwänden ; wobei der Brikett-Trockner eine Heizeinrichtung und ein damit beheizbares Brikett-Reservoir aufweist, und wobei der Brikett-Trockner eingerichtet ist zum Einstellen einer in Förderrichtung der Briketts kontinuierlich oder stufenweise ansteigenden Temperatur im Brikett-Reservoir, insbesondere wenigstens zwei oder drei Temperaturniveaus im Bereich von 60 bis 200°C. Es hat sich gezeigt dass die hier beschriebenen Briketts auf vorteilhafte Weise in einer solchen Ofenvorrichtung verwendbar sind.
Als Einsatzstoffe können insbesondere das gesamte Spektrum der Weich-, Matt- und Glanzbraunkohlen sowie der Flammkohlen genannt werden. I nsbesondere wurden bereits gute Ergebnisse mit rheinischen, lausitzener und indonesischen Braunkohlen erzielt. Auch hat sich bereits gezeigt, dass die hier beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren auch geeignet sind zur Verwertung von russischen Braun- und Flammkohlen sowie von Petrolkohlen . Als Einsatzstoffe können insbesondere auch folgende Kohlearten und Torf genannt werden, basierend auf einer Klassifizierung nach DIN , ASTM und UN-ECE, die hier schematisch wiedergegeben wird. Dabei haben sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung, unter Bezugnahme auf die deutsche DI N, insbesondere auch die darin klassifizierten Weichbraunkohlen, Mattbraunkohlen, Glanzbraunkohlen und Flammkohlen als besonders gut verwertbar herausgestellt.
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Bei den obigen Angaben in der Tabelle handelt es sich um Massenprozent, wobei bezüglich der Angabe der flüchtigen Bestandteile die Messung unter „waf'-Bedingungen erfolgte, also bei wasser- und gleichzeitig aschefreiem Zustand. Der Einsatzstoff oder die dem Brikett-Trockner zuführbaren Briketts weisen insbesondere Braunkohle mit flüchtigen Kohlebestandteilen >=45Ma% und Wassergehalten >40Ma% oder >45Ma% auf oder besteht daraus, und/oder schwachbackende Steinkohlen mit flüchtigen Bestandteilen im Bereich von 28 bis 45Ma% oder 12 bis 22Ma%. Mittels derartiger Einsatzstoffe lassen sich qualitativ besonders hochwertige veredelte Briketts erzielen. Die Schüttdichte der Briketts in der Ofenkammer kann im Bereich von 650 bis 850 kg/m3 liegen, bezogen auf eine Dichte von 1.350kg/m3 des jeweiligen Briketts.
Bereitgestellt wird in diesem Zusammenhang insbesondere auch ein Verfahren zur Herstellung von Koks aus wenigstens einem festen Einsatzstoff insbesondere aus der Gruppe: Braunkohle, schwachbackende Steinkohle, Biomasse, Petrolkoks, Petrolkohle; welcher Einsatzstoff in Form von Briketts bereitgestellt wird und einer vertikalen Ofenkammer insbesondere eines Koksofens zugeführt wird, insbesondere einer zuvor beschriebenen Ofenvorrichtung zugeführt wird; wobei die Briketts zunächst einem Brikett-Trockner zugeführt werden , darin gemäß einer vordefinierten Temperaturkurve kontinuierlich gemäß dem Vorschub der Briketts getrocknet werden, insbesondere auf wenigstens zwei oder drei Temperaturniveaus im Bereich von 60 bis 200°C, und daraufhin der Ofenkammer zugeführt werden . Hierdurch lassen sich die Briketts auf sehr exakt vorgebare Weise vortrocknen, vorkonfektionieren, und dabei schonend behandeln . Es hat sich gezeigt dass die hier beschriebenen Briketts auf vorteilhafte Weise bei einem solchen Verfahren verwendbar sind.
Die Roh stoff briketts werden beispielsweise in einer Zeitspanne von 4 bis 15 h, insbesondere von 6 bis 9 h durch die jeweilige Ofenkammer geführt. Die Roh stoff briketts werden dabei von Anfangstemperaturen zwischen 100 bis 200°C, insbesondere 150°C auf Endtemperaturen zwischen 900 und 1100°C erwärmt, insbesondere mehrstufig. Die erforderliche Wärme kann dabei in zwei seitlich zur jeweiligen Kammer angeordneten Kanälen, die durch mehrere externe Brenner beheizt werden können , erzeugt und indirekt durch eine Steintrennwand in die jeweilige Ofenkammer übertragen werden.
Insbesondere bestehen die Briketts aus der Kohlesorte (Hart- und Weich-)Braunkohle mit flüchtigen Kohlebestandteilen (fB) >=45Ma% und Wassergehalten > Ma45%. Wahlweise beinhaltet der zu Briketts verarbeitete Rohstoff schwachbackende Steinkohlen mit flüchtigen Bestandteilen >= 28Ma% bis 45Ma% (insbesondere Gas-, Gasflamm- und Flammkohlen), oder aber mit flüchtigen Bestandteilen <= 22Ma% (insbesondere Ess- und Magerkohlen). Die schwachbackenden Steinkohlen weisen selbst nur geringe Backeigenschaften auf. Den schwachbackenden Steinkohlen können in einem vorangeschalteten Mischprozess Bindemittel hinzugefügt werden , wodurch die Klebwirkung bzw. Backeigenschaft der Kohlepartikel während des Brikettiervorganges erhöht wird.
Aufgrund ihrer Tiegelkoksbeschaffenheit stellt vor allem die Fettkohle eine gut backende Kohle dar (klassische „Kokskohle"). Daneben zählen auch die so genannte Ess- und die Gaskohle zu den gut backenden Kohlen. Alle anderen Kohlearten werden in der vorliegenden Beschreibung als schwach backende Kohlen bezeichnet
Es hat sich gezeigt, dass die Briketts auch aus Steinkohlesorten wie Anthraziten (fB < 12%), Magerkohlen (12% < fB < 19%), Gaskohlen (28% < fB < 35%), Gasflammkohlen (35% < fB < 45%) oder alternativ aus einer Mischung dieser Kohlesorten bestehen können, wahlweise auch unter Verwendung von hochwertigen Fett(Koks)-kohlen (19% < fB < 28%). Über diese Prozentangaben und basierend auf den Normen für Kohlearten ist eine noch spezifischere Zuordnung möglich.
Insbesondere kann der Rohstoff in einer Lochscheibenwalzenmühle zu Pellets zerkleinert werden , insbesondere mit einer Korngröße von 0 bis 2mm. Es hat sich gezeigt, dass mittels einer Lochscheibenwalzenmühle erzeugte Pellets/Körner besonders bindungsfreundlich sind (sie verbacken leicht) und daher den nachgeschalteten Brikettiervorgang (das Verpressen) vereinfachen. Die erfindungsgemäße Verwendung bzw. Ausgestaltung einer Lochscheibenwalzenmühle wird weiter unten im Detail beschrieben. Nach dem Zerkleinern wird der Rohstoff verpresst. Dieser Verdichtungsprozess (Agglomeration) erfolgt bevorzugt in einer Formkanalstempelpresse. Es hat sich gezeigt, dass sich mittels einer Kanalmatrizengeometrie in der Art eines Venturi-Rohrs mit Querschnittsverengung und auslaufender Querschnittserweiterung besonders druckbeständige Briketts realisieren lassen . Andere Pressenarten konnten keine vergleichbar guten Ergebnisse liefern.
Ferner hat sich gezeigt, dass sich eine besonders hohe Brikettfestigkeit erzielen lässt, wenn der Einsatzstoff nach der Formgebung im Werkzeug durch einen sich verengenden Querschnitt hindurchgedrückt wird. Eine noch höhere Brikettfestigkeit lässt sich dann erzielen, wenn der Einsatzstoff danach entlang einer sich erweiternden Auslaufstrecke geführt wird. Vorteilhafter Weise ist die Wegstrecke für die Verengung kürzer als die Auslaufstrecke bzw. kürzer als der Abschnitt mit Querschnitterweiterung.
Es hat sich gezeigt, dass Briketts in flacher zylindrischer Form (scheibenartig, puckartig) besonders gute Festigkeitswerte liefern , sei es vor oder nach Verkokung. Insbesondere ein Verhältnis von Brikettdurchmesser zu Briketthöhe von 1 bis 5, insbesondere 2 bis 3 liefert gute Ergebnisse auch hinsichtlich des Erwärmungs- und Verkokungsprozesses. Das Brikett weist bevorzugt einen Durchmesser von 20 bis 100mm auf. Das Brikett wird insbesondere aus Kohlekorngrößen (Pellets) zwischen 0 und 2mm erzeugt. Sollte sich zeigen, dass die erforderliche Festigkeit auch durch eine andere Matrize oder eine andere Art von Presse erzielt werden kann, so können die Briketts wahlweise auch eine andere Geometrie aufweisen, wie z. B. würfel-, quader-, plättchen-, muschel-, kissen-, kugel- oder eierförmige Geometrien. Bei bisherigen Experimenten wurden die besten Erfahrungen jedoch mit der Puck-Form gemacht.
Als Verfahrensparameter lassen sich nennen: Pressdruck, -dauer und -temperatur. Das Verpressen erfolgt insbesondere bei Drücken von 120 bis 150MPa, insbesondere bei 140MPa. Das Verpressen erfolgt insbesondere bei Temperaturen zwischen 60 und 100°C. Das Verpressen erfolgt insbesondere während einer Dauer von bis zu 15sek.
Es hat sich gezeigt, dass die hier beschriebenen Kohlesorten mit Verkokungshilfsmitteln vermischt werden können , wodurch die Verkokung effizienter wird und das Koksprodukt höhere Qualität verliehen wird, z. B. eine höhere Festigkeit oder höhere Reaktivität.
Gemäß einer Ausführungsform wird dem Brikettiervorgang (beim Verpressen) mindestens ein Verkokungshilfsmittel hinzugeführt, insbesondere zur Verbesserung der Effizienz des nachgeschalteten Verkokungsvorganges. Verkokungshilfsmittel können einzeln oder in Kombination gewählt werden, insbesondere aus einer Gruppe von bisher im Zusammenhang mit klassischen Einsatzstoffen bereits als zweckdienlich erachteten Verkokungshilfsmitteln .
Es hat sich gezeigt, dass durch das hier beschriebene Verfahren bei Verwendung von Braunkohlen als Einsatzstoff der Kohlenstoffgehalt C(fix) des erzeugten Kokses auf werte oberhalb von 55% angehoben werden kann, so dass der spätere Einsatz dieses Kokses sogar in Direktschmelzreduktionsprozessen zur Stahlerzeugung (COREX/FINEX-Verfahren bei PRIMETALS) ermöglicht werden kann .
Bevorzugt werden dem Rohstoff vor dem Press- und Verkokungsvorgang in ein- oder mehrstufigen Mischungsprozessen Back(Kleb)- und Verkokungs-Hilfsstoffe hinzugefügt, insbesondere um die Qualität des erzeugten Kokses zu verbessern oder den Brikettpressvorgang aus schwachbackenden Kohlesorten zu erleichtern. Bevorzugt werden derartige Hilfsstoffe vor dem Brikettieren bei Temperaturen im Bereich von 30 bis 120°C hinzugemischt.
Die Hilfsstoffe können insbesondere aus folgender Gruppe gewählt werden, wahlweise in Kombination: Melasse, Sulfitablauge, Sulfatablauge, Propanbitumen , Zellulose-Fasern, Malzrückstände (Biertreber), HSC (High- Conversion Soaker Cracking)-Rückstand, HSC/ROSE (Residue Oil Supercritical Extraction)-Mischrückstände aus der Erdölindustrie. Generell ist zwischen Verkokungs-Hilfsmitteln und Back(Kleb)-Hilfsmitteln zu unterscheiden, jedoch kann es auch Hilfsmittel geben , welche bei bestimmten Einsatzstoffen beide Funktionen erfüllen können. Es hat sich gezeigt, dass eine Zugabe von Wasser bei den hier beschriebenen Kohlesorten eher ungünstig ist. Beispielsweise Braunkohlen weisen üblicherweise Wassergehalte von >45% auf. Um eine hohe Effizienz des Brikettiervorganges sicherstellen zu können, hat sich gezeigt, dass es sinnvoll ist, einen bestimmten (nicht zu hohen) Wassergehalt einzuhalten . Insbesondere hat sich gezeigt, dass Wassergehalte um 20% vorteilhaft sind. Daher kann auch eine Vortrocknung erfolgen .
Der anschließende Brikettiervorgang erfolgt insbesondere im Temperaturbereich zwischen 40 bis 90°C, insbesondere zwischen 55 bis 65°C. Diese Art und Weise der Agglomeration führt zu hohen Druck- und Abrasionsfestigkeiten des erzeugten Kohlebriketts, insbesondere Festigkeiten >= 30MPa. Dank des/der hier beschriebenen Verfahren (spezifische Agglomerationstechnik, insbesondere in Kombination mit einem schonenden Trocknungs- und Verkokungsverfahren) lässt sich eine in Bezug auf die Einsatzstoffe vergleichsweise hochqualitative Kohle bzw. Koks bereitstellen . Die Aufrechterhaltung der gewünschten Brikettform, insbesondere einer zylindrischen Puck-Form auch während der Verkokung kann sichergestellt werden. Im Laufe des Verkokungsvorganges schrumpft die Kohle sowohl masse- als auch volumenbezogen um 40 bis 60%, insbesondere 50%, und erlangt auch dadurch die erwünschten hohen Druck- und Abrasionsfestigkeiten von >30MPa (insbesondere Koksfestigkeit nach Reaktion (CSR)) sowie geringe Reaktivitäten mit CRI-(Coke Reactivity Index; Koksreaktivitätsindex) Werten <55%. Diese Obergrenze für die Reaktivität ist erforderlich, da sich ansonsten das Kohlebrikett von allein bei Luftanwesenheit entzünden könnte. Das durch diese Grenzwerte definierte Qualitätsniveau konnte bisher mit den beschriebenen minderwertigen Kohlequalitäten bisher nicht erreicht werden . I nsbesondere führten bisherige Verfahren und Vorrichtungen zu einer Rissbildung im Brikett oder gar zur vollständigen Zerstörung der Brikettform. Masse- und Volumenänderungen können sich dabei insbesondere in demselben Verhältnis vollziehen .
Dank des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Brikettform (Puck-Form) aufrechterhalten werden, mit der Folge, dass Druckverlust, Wärmetransport, Strömungsprofil und andere Verfahrensparameter vordefinierbar bleiben.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren mit den eingangs beschriebenen Merkmalen zur Verfügung zu stellen , womit auch eine Verkokung von nicht-klassischen Einsatzstoffen ermöglicht wird, insbesondere von Braunkohlen und/oder schwachbackenden Steinkohlen oder Biomasse, und womit der Einsatzstoff derart konfektioniert werden kann, dass sich eine hohe Festigkeit erzielen und auch aufrechterhalten lässt, insbesondere für ein bzw. nach einem Verkoken von Briketts in Vertikalkammeröfen . Die Aufgabe kann auch darin gesehen werden, nicht-klassische Einsatzstoffe derart aufzubereiten, bereitzustellen und/oder zu handhaben, dass mit dem erhaltenen Produkt möglichst auf ähnliche oder gleiche Weise verfahren werden kann wie bisher mit klassischen Einsatzstoffen, z. B. klassischen Steinkohlebriketts.
Zumindest eine der zuvor beschriebenen Aufgaben wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Werkzeugvorrichtung zum Kompaktieren von festem, insbesondere kohlenstoffhaltigem Einsatzstoff, insbesondere aus der Gruppe: Braunkohle, schwachbackende Steinkohle, Biomasse, Petrolkoks, Petrolkohle; zu Briketts, mit einer Einrichtung zum Verpressen des Einsatzstoffes; wobei die Werkzeugvorrichtung eine erste Agglomerationsstufe mit einer Lochscheibenwalzenmühle umfasst, wobei die Einrichtung zum Verpressen eine Formkanalstempelpresse mit wenigstens einem Preßstempel und dazu korrespondierend ausgebildetem Presskanal aufweist und der Lochscheibenwalzenmühle als zweite Agglomerationsstufe nachgeschaltet ist. Die zweistufige Agglomeration speziell basierend auf Lochscheibenwalzenmühle und nachgeschalteter Formkanalstempelpresse liefert in Kombination besonders gute Eigenschaften des verpressten Einsatzstoffes. Dabei lassen sich an vielen Stellen der Konfektionierung/Kompaktierung Verfahrensparameter oder Eigenschaften des Einsatzstoffes wie z. B. Temperatur und Feuchte auf vergleichsweise einfache und exakte Weise einstellen , mit dem Effekt, dass die finalen Eigenschaften des verpressten Einsatzstoffes in einem engen Toleranzbereich vordefiniert werden können . Dank der Formgebung durch die Lochscheibe (Matrize, Pressdurchlässe) können die Förderbarkeit des Einsatzstoffes und eine hohe geometrische Homogenität und Festigkeit des Einsatzstoffes sichergestellt werden. Beide Effekte können die gewünschte Konfektionierung in der zweiten Agglomerationsstufe begünstigen.
Die Werkzeugvorrichtung ist für eine zweistufige Agglomeration des Einsatzstoffes eingerichtet, nämlich für ein Kompaktieren des Einsatzstoffes in einem ersten Schritt, insbesondere zu zylindrischen Pellets, und für das Verpressen in der Einrichtung zum Verpressen in einem zweiten Schritt. Die Werkzeugvorrichtung kann dabei eine Einrichtung zum Zuführen des Einsatzstoffes von der Lochscheibenwalzenmühle zum Preßstempel aufweisen, wobei die Lochscheibenwalzenmühle stromauf von der Einrichtung zum Zuführen angeordnet ist, wahlweise auch oberhalb davon, so dass eine Zuführung wahlweise auch schwerkraftgetrieben erfolgen kann .
Die Agglomeration kann eine Zerkleinerung der Rohkohle in einem Brecher umfassen , dann eine Zerkleinerung und Herstellung von Grünagglomeraten (Pellets) eingeschränkter Festigkeit in einer Lochscheibenwalzenmühle, was insbesondere bei vergleichsweise hoher Ausgangfeuchte des Einsatzstoffes möglich ist, und daraufhin eine Trocknung der Pellets auf den gewünschten Zielwassergehalt , z. B. im Röhrentrockner. Die erfindungsgemäße Agglomeration ermöglicht insbesondere die folgenden Vorteile und die Überwindung folgender Schwierigkeiten:
Bereitstellung hochfester Kokse zum Einsatz im Hochofen;
Verbesserung der Koksqualität unabhängig von den bisherigen Verfahren, insbesondere unabhängig von der Herstellung von Koksen aus heißbrikettierter Braunkohle, unabhängig von der Herstellung von Koksen aus brikettierter Braunkohle der Nassaufschlussmahlung, und unabhängig von der Herstellung von Koksen aus Briketts aus vorgranuliertem Trockenbraunkohlenstaub;
Der apparative Aufwand kann im Vergleich zu bisherigen Verfahren gesenkt werden (z. B. im Vergleich zu Nassaufschlussmahlung durch Feinstzerkleinerung, Flüssigkeitsabtrennung, Trocknung und Nachzerkleinerung); Die bisher eingeschränkte Festigkeit der Kokse (insbesondere bei Koksen aus den Briketts aus vorgranuliertem Trockenbraunkohlenstaub) kann gesteigert werden.
Es ist zu erwarten, dass für diverse Einsatzstoffe zwischen der ersten Agglomerationsstufe (Lochscheibenwalzenmühle) und der zweiten Agglomerationsstufe (Verpressen) eine Trocknung vorteilhafte Effekte liefert, so dass eine Anordnung nebeneinander in derselben Ebene vorteilhafter sein könnte als eine Anordnung übereinander. In diesem Zusammenhang hat sich gezeigt, dass die bevorzugte Art und Weise einer Trocknung und Überführung bevorzugt in Abhängigkeit des Typs des Einsatzstoffes definierbar ist.
Die Lochscheibenwalzenmühle zum Pelletieren von Einsatzstoff vor dem Verpressen kann als modifizierte Flachmatrizenpresse beschrieben werden. Die Lochscheibenwalzenmühle liefert den Einsatzstoff in einer für das Verpressen und die gewünschte Festigkeit vorteilhaften Konfektion. Die Lochscheibenwalzenmühle kann eine Alternative zur klassischen Zerkleinerung bieten, mit dem Vorteil, dass die erhaltenen Pellets das Verpressen vereinfachen und förderlich sind vor dem Ziel, größte Festigkeit der Briketts sicherzustellen. Es hat sich gezeigt, dass eine Lochscheibenwalzenmühle insbesondere auch vergleichsweise poröse Pellets mit geringer Dichte liefern kann. Als weiterer Vorteil kann insbesondere auch eine hohe Feinheit von vergleichsweise feuchtem Einsatzstoff genannt werden . Dabei kann dank Formgebung durch die Lochscheibe auch eine gute Förderbarkeit und eine hohe Homogenität der Geometrie des Einsatzstoffes bzw. der Pellets sichergestellt werden. Beide Aspekte wirken sich wiederum insbesondere für die Handhabung in einer Formkanalstempelpresse vorteilhaft aus.
Im Gegensatz zur klassischen Braunkohlezerkleinerung im getrockneten Zustand (1/Omm) kann mittels der Lochscheibenwalzenmühle eine Zerkleinerung im grubenfeuchten Zustand erfolgen . Dies hat nicht zuletzt hinsichtlich Staubbildung oder dergleichen negativer Effekte Vorteile. Auch kann das nachträgliche Zugeben von Wasser entbehrlich werden. Der erste Schritt der Agglomeration kann also in einem „natürlichen" Zustand des Einsatzstoffes erfolgen, mit guter Festigkeit bzw. gutem Verbacken. Erst daraufhin kann/soll ein Vortrocknen erfolgen. Insgesamt kann bei dieser Verfahrensreihenfolge vermieden werden, dass der Einsatzstoff wechselnde Feuchteanteile aufweist. Vielmehr kann der Einsatzstoff kontinuierlich auf schonende Weise trockener gemacht werden, was den Materialstress minimieren kann .
Es hat sich gezeigt, dass die Nutzung der Lochscheibenwalzenmühle eine intensive Zerkleinerung der Braunkohle ermöglicht (insbesondere Aufbrechen der Kohlestruktur/Destruktion der Kohle), bei Konservierung von Bindekräften und einer schwachen Vorkompaktierung als vorbereitender Schritt für das nachfolgende Verpressen.
Mittels der Lochscheibenwalzenmühle lassen sich Pellets bzw. so genannte Sekundärkörner (Vorkompaktate) mit hoher innerer Feinheit und beispielsweise auch vorteilhaften Transporteigenschaften erzielen (geringe Staubfracht; Größenspektrum der Pellets z. B. 2/0.1mm, also größer als 0.1mm und kleiner als 2mm).
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Lochscheibenwalzenmühle an die Formkanalstempelpresse koppelbar/gekoppelt. Dies kann die Handhabung der Briketts auf dem Prozessweg vom Einsatzstoff über die Zerkleinerung/Pelletierung in der Lochscheibenwalzenmühle, weiter über die Trocknung der Pellets, die Verpressung/Brikettierung, und weiter über die Briketttrocknung bis zur Verkokung/Ofenkammer erleichtern.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die Pressdurchlässe als zylindrische Pressdurchlässe ausgebildet, zumindest abschnittsweise, zumindest in einem ersten Abschnitt des jeweiligen Pressdurchlasses. Dies ermöglicht ein geregeltes Aufbringen von Druck zum Kompaktieren . Dies ermöglicht auch eine vorteilhafte Formgebung.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die Pressdurchlässe in wenigstens zwei Abschnitte unterteilt, umfassend einen ersten Abschnitt mit dem konstanten Durchmesser, und ferner umfassend einen zweiten Abschnitt mit einer Konizität, insbesondere einer sich aufweitenden Konizität, insbesondere einer sich auf den 1.5 bis 2fachen Durchmesser aufweitenden Konizität. Dies liefert eine vorteilhafte Konfektionierung, insbesondere ein schonendes Behandeln des Einsatzstoffes derart, dass der Einsatzstoff bei moderater Verdichtung formstabil bleibt, ohne zu stark zusammengepresst zu werden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die Pressdurchlässe in wenigstens zwei Abschnitte unterteilt, umfassend einen ersten Abschnitt mit dem konstanten Durchmesser, welcher erste Abschnitt sich über maximal 20% der absoluten Länge des jeweiligen Pressdurchlasses erstreckt. Dies ermöglicht eine moderate, vergleichsweise langsame und schonende Aufweitung der Pellets nach erfolgter Verdichtung, was sich vorteilhaft auswirkt auf eine für die zweite Agglomerationsstufe angepasste Konfektionierung. Der Durchmesser des jeweiligen Pressdurchlasses kann zumindest abschnittsweise größer sein als die Zielgröße des Pellets, insbesondere in Abhängigkeit des Aufweitverhaltens des Einsatzstoffes. Beträgt eine Aufweitung des Pressdurchlasses beispielsweise den 2fachen Durchmesser eines ersten Abschnitts des Pressdurchlasses, muss sich der Einsatzstoff bzw. das Pellet nicht notwendiger weise 2fach aufweiten . Letztlich hängt es vom Einsatzstoff ab, ob sich das Pellet vollständig gemäß der Aufweitung des Pressdruchlasses wieder aufweitet, oder ob das Pellet weniger stark expandiert.
Die zuvor jeweils beschriebene Ausgestaltung der Pressdurchlässe begünstigt eine erfolgreiche Verpressung des Einsatzstoffes in der zweiten Agglomerationsstufe (Formkanalstempelpresse). Insbesondere kann vermieden werden, dass zu feste Pellets (zu stark verdichtete Pellets) entstehen, welcher keinerlei Brikettiervermögen aufweisen, insbesondere da die Pellets bei zu starker Verdichtung in der ersten Agglomerationsstufe bereits eine zu hohe Dichte hätten, und bereits fest ausgebildete Bindungen zwischen den Kohlepartikeln hätten. Es hat sich nun gezeigt, dass durch die in Abhängigkeit der gewünschten Verdichtung variabel einstellbare Ausgestaltung der Pressdurchlässe beispielsweise auch Rohstoffeinflüsse minimiert werden können, die sich ungünstig auf die zweite Agglomerationsstufe auswirken könnten . Dank der erfindungsgemäßen zweistufigen Agglomeration kann das Anwendungsspektrum daher auch auf eine breite Palette von Einsatzstoffen verbreitert werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Formkanalstempelpresse einen Presskanal mit einem konischen Einlaufabschnitt und einem konischen Auslaufabschnitt auf, wobei der Presskanal eine Querschnittsgeometrie mit entgegengesetzter Konizität aufweist, insbesondere in der Art einer Venturi-Düse. Die Einrichtung zum Verpressen kann einen Presskanal mit Venturi-Querschnittsgeometrie aufweisen , welcher Presskanal hier aufgrund der doppelten entgegengesetzten Konizität als Venturi-Presskanal definiert/bezeichnet wird. Dies liefert hohe Festigkeit und hat auch verfahrenstechnische Vorteile. Der sich entgegengesetzt verjüngende Verlauf ermöglicht dabei insbesondere eine vollumfängliche Krafteinwirkung bzw. Entspannung insbesondere bei zylindrischen Briketts. Es kann ein insbesondere hinsichtlich Festigkeit optimaler Kompromiss erzielt werden.
Der Stempel weist insbesondere eine zylindrische Geometrie auf. Beim Stempel ist dabei nicht notwendigerweise eine variable, an eine Querschnittsverjüngung anpassende Geometrie erforderlich, denn der Stempel muss nicht vollständig in die Form bzw. in den konischen Presskanal eintauchen.
Im Presskanal können zwei Verschleißhülsen angeordnet sein, die nacheinander in den Presskanal eingebracht werden können.
Mit anderen Worten: Der Presskanal kann eine Querschnittsgeometrie mit entgegengesetzter Konizität aufweisen. Die entgegengesetzte Konizität kann als in Vorschubrichtung Venturi-artiger, sich zweifach entgegengesetzt verjüngender Verlauf beschrieben werden . Der Einlaufabschnitt kann eine sich in Vorschubrichtung konisch verengende Querschnittsgeometrie aufweisen , und der Auslaufabschnitt kann eine sich in Vorschubrichtung konisch aufweitende Querschnittsgeometrie aufweisen, so dass der Presskanal eine zweifach konische Kontur mit entgegengesetzter Konizität bildet, zunächst verengend und dann aufweitend, insbesondere in der Art einer Venturi-Düse. Die Steigung/Konizität kann jeweils individuell gewählt und durch ein oder mehrere (austauschbare) Formteile vorgegeben werden. So kann für jeden Einsatzstoff die Konfektionierung bzw. das Kompaktieren auf einfache Weise optimiert werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Einlaufabschnitt in Vorschubrichtung kürzer als der Auslaufabschnitt. Hierdurch kann eine hohe Brikettfestigkeit erzielt werden. Es hat sich gezeigt, dass es vorteilhaft ist, den Einlaufabschnitt jedenfalls kürzer als den Auslaufabschnitt zu dimensionieren. Beide Abschnitte haben eine andere Funktion: Der Auslaufabschnitt soll insbesondere auch die Funktion einer schonenden Rückexpansion erfüllen.
Eine möglichst schonende Rückexpansion liefert insbesondere bei druckplastischen Gütern qualitätsfördernde Effekte beim Agglomerationsprozess. Das Aufweiten der Briketts kann auf kontrollierte Weise erfolgen.
Dabei kann die Intensität der Verdichtung (beim Verpressen) unabhängig von Verfahrensparametern bei der Entlastung (Expansion nach Verpressung) eingestellt werden. Insbesondere über die Länge und Steigung des Einlauf- und Auslaufabschnittes kann hier Einfluss auf die Verfahrensparameter genommen werden , auch wenn der Vorschub durch den gesamten Presskanal derselbe ist (Länge und Steigung von Hülsen bzw. Formteilen; Durchmesser und Länge einer Hauptverengung zwischen konischen Abschnitten, insbesondere mit konstantem Querschnitt).
Es hat sich gezeigt, dass eine möglichst geringe Porosität Vorteile liefert, insbesondere um eine hohe Verdichtung und damit hohe Rohdichte und Festigkeit durch das Verpressen sicherstellen zu können.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel beträgt die Länge des Auslaufabschnittes mindestens 15cm. Hierdurch kann eine kontinuierliche Entspannung des Presslings sichergestellt werden. Dies wirkt sich positiv auf die Festigkeit des Presslings aus.
Bevorzugt beträgt die Länge des Auslaufabschnittes maximal 2/3 der absoluten Länge des Formkanals. Insbesondere beträgt bei einer Formkanallänge von 400mm die Länge des Auslaufabschnittes exakt oder ca. 200mm. Es hat sich gezeigt, dass es vorteilhaft ist, wenn sich dabei der Durchmesser von der Hauptverengung von 49.1mm auf 50mm aufweitet. Bevorzugt ist die Länge des Auslaufabschnittes variabel einstellbar, insbesondere um auf rohstoffliche Eigenschaften reagieren zu können .
Beispielsweise ist der Vorschub oder ein Hub des Stempels so eingestellt, dass bei einem Hub jeweils ein einzelnes Brikett erzeugt wird.
Über eine Pressendrehzahl kann die Vorschubgeschwindigkeit bestimmt werden, insbesondere in Abhängigkeit von der Feuchte, der Feinheit oder sonstiger Parameter der rohstofflichen Beschaffenheit des Einsatzstoffes. Hiervon abhängig kann eine Wanderungsgeschwindigkeit des Briketts durch den Presskanal vorgegeben werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist der Presskanal zumindest abschnittsweise eine zylindrische Querschnittsgeometrie auf, insbesondere in Vorschubrichtung vor dem konischen Einlaufabschnitt und/oder hinter dem konischen Auslaufabschnitt und/oder zwischen dem Einlaufabschnitt und dem Auslaufabschnitt. Hierdurch kann der Einsatzstoff noch schonender behandelt und spannungsarm in die gewünschte Form gebracht werden , insbesondere für maximale Festigkeitswerte.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst der Presskanal einen mittigen Abschnitt zwischen einem/dem Einlauf- und Auslaufabschnitt mit davon abweichender Querschnittsgeometrie, insbesondere einen Abschnitt mit einheitlicher, bevorzugt zylindrischer Querschnittsgeometrie. Hierdurch kann eine Phase mit Druckverhältnissen mit einer gewissen Konstanz realisiert werden, was sich positiv auf die Festigkeit auswirkt. Es hat sich gezeigt, dass dabei insbesondere bei einem rotationssymmetrischen Rundformat eine vorteilhafte Druckverteilung im Agglomerat ermöglicht wird, und dass sich eine hohe Rohdichte und eine homogene Rohdichteverteilung erzielen lässt, und damit günstige Bedingungen zur Herstellung von hochfestem Stückkoks. Insbesondere bei der Zylindergeometrie lässt sich in axialer Richtung eine homogene Flächenpressung realisieren, und in Verbindung mit einer bestimmten Vorschubgeschwindigkeit und einer bestimmten Konizität auch eine recht exakt vordefinierbare radiale Flächenpressung, sehr homogen über das gesamte Brikett verteilt, insbesondere mittels eines Zwischenabschnittes mit einheitlicher, bevorzugt zylindrischer Querschnittsgeometrie. Dies liefert Briketts mit hoher (Druck- oder Abrasions-)Festigkeit.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist/sind der Presskanal vollständig oder der Einlaufabschnitt und der Auslaufabschnitt jeweils aus einem einzigen Formteil gebildet. Hierdurch lassen sich auch vergleichsweise harte Kohlen/Einsatzstoffe mit hoher Qualität verpressen. Das Formteil kann mit hoher Festigkeit und Druckbeständigkeit ausgelegt werden. Es hat zwar sich gezeigt, dass insbesondere für bindemittelfreie Brikettierung deutscher Weichbraunkohle ein mehrteiliges Formwerkzeug ausreichen kann . Beispielsweise kann eine erste Hülse für den Einlaufabschnitt (insbesondere bis zu einer Hauptverengung) vorgesehen sein, und eine zweite Hülse für den Auslaufabschnitt (insbesondere ab der Hauptverengung). Mehrere einzelne Formteile liefern eine höhere Flexibilität, da eine Kombination verschiedener Hülsen für verschiedene Kohlen/Einsatzstoffe möglich wird. Nicht zuletzt können fertigungstechnische Vorteile realisiert werden. Die Verwendung eines einteiligen, insbesondere zylindrischen Kompaktformwerkzeugs (bzw. Presskanals) ermöglicht jedoch eine besonders hohe Verspannung bzw. Drucklast im Presskanal und ist daher besonders vorteilhaft für vergleichsweise harte Kohlen/Einsatzstoffe. Je nach Einsatzstoff kann hier also der optimale Kompromiss gewählt werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Formkanalstempelpresse Kühlkanäle auf, die sich entlang des Presskanals erstrecken, insbesondere zumindest entlang eines/des Einlauf- und Auslaufabschnittes. Hierdurch kann das Verpressen auch in einem sehr eng vorgebbaren Temperaturbereich erfolgen, wodurch die Qualität der hergestellten Briketts nochmals verbessert werden kann .
Während des Verpressens stellt sich aufgrund von Haft- und Gleitreibung ein Temperaturgleichgewicht im Presskanal ein. Dieses kann mittels der Kühlkanäle zu niedrigeren Temperaturen verlagert werden, insbesondere auf eine Obergrenze im Bereich von maximal 65 bis 80°C. Es hat sich gezeigt, dass diese Obergrenze vorteilhaft ist hinsichtlich niedrigem Temperaturstress oder der Option auch vergleichsweise feuchten Einsatzstoff verpressen zu können. Insbesondere kann sichergestellt werden, dass eine maximale Temperaturobergrenze von 80 bis 90°C nicht überschritten wird, was sich als vorteilhaft hinsichtlich der Ausbildung hoher Bindekräfte im Pressling/Brikett erwiesen hat. Dabei kann eine aktive Kühlregelung erfolgen, insbesondere basierend auf den Parametern Volumenstrom und Temperatur des Kühlmediums, insbesondere Kühlwassers. Insbesondere wird ein Temperaturbereich von 40 bis 90°C, insbesondere 55 bis 65°C eingehalten, wodurch einem Verspröden des Einsatzstoffes und damit verminderter Qualität vorgebeugt werden kann. Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Formkanalstempelpresse eine Messeinrichtung umfassend wenigstens einen Feuchtesensor und/oder wenigstens einen Drucksensor auf. Hierdurch lassen sich weitere Parameter beim Verpressen überwachen und einstellen , insbesondere um eine besonders hohe Qualität der Briketts zu erzielen. Die Feuchtemessung kann insbesondere mittels eines Sensors (z. B. berührungsloser Sensor, insbesondere basierend auf Mikrowellen) erfolgen, der unmittelbar vor dem Presskanal den H20-Gehalt des der Werkzeugvorrichtung zugeführten Einsatzstoffes bestimmt. Optimaler Weise wird ein berührungsloses Messverfahren angewandt, insbesondere ein optisches Verfahren oder Ultraschall- Verfahren.
Die Druckmessung kann mittels eines Sensors (z. B. Druckmessdose) erfolgen , welcher den Druck (Kraft/Fläche) im Formkanal oder den Druck auf den Stempel misst. Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst die Werkzeugvorrichtung wenigstens eine der ersten Agglomerationsstufe vorgeschaltete Einrichtung zum Zerkleinern bzw. Mahlen des Einsatzstoffes und wenigstens eine Einrichtung zum Trocknen des Einsatzstoffes, insbesondere auf <=20Ma% Wasser bzw. H20. Hierdurch kann der Einsatzstoff noch besser für nachfolgende Verfahrensschritte vorbereitet werden .
Die Werkzeugvorrichtung kann also eine Mehrzahl von Agglomerationsstufen aufweisen , wenigstens umfassend die Formkanalstempelpresse, wenigstens eine Einrichtung zum Mahlen des Einsatzstoffes, wenigstens eine Einrichtung zum Trocknen des Einsatzstoffes, und wenigstens eine Lochscheibenwalzenmühle zum Pelletieren des gemahlenen Einsatzstoffes. Als einzelne Agglomerationsstufe ist dabei die Gesamtheit der Verfahren oder Anlagen zu verstehen, welche zum Bereitstellen des Einsatzstoffes in einer bestimmten Konfektionierung dienen, also speziell hier als erste Agglomerationsstufe das Konfektionieren zu Pellets, und als zweite Agglomerationsstufe das Verpressen zu Briketts. Die Agglomeration betrifft also Verfahren oder Anlagen zum Bereitstellen der Briketts stromauf von der Ofenkammer, vor dem Verkoken. Die Einrichtung zum Mahlen kann zur Zerkleinerung des Einsatzstoffes auf ca. < 20mm eingerichtet sein. Die Einrichtung zum Mahlen kann insbesondere als Backenbrecher ausgebildet sein. Es hat sich gezeigt, dass es insbesondere dann vorteilhaft ist, ein Mahlen/Zerkleinern vorzusehen , wenn der Einsatzstoff Durchmessern d von mehr als 20mm vorliegt. Zumindest eine der zuvor beschriebenen Aufgaben wird erfindungsgemäß auch gelöst durch ein Verfahren zum Kompaktieren von festem, insbesondere kohlenstoffhaltigem Einsatzstoff aus der Gruppe: Braunkohle, schwachbackende Steinkohle, Biomasse, Petrolkoks, Petrolkohle; zu Briketts, umfassend ein Verpressen des Einsatzstoffes; wobei der Einsatzstoff zunächst in einer ersten Agglomerationsstufe mittels einer Lochscheibenwalzenmühle zu Pellets pelletiert wird, und daraufhin in einer zweiten Agglomerationsstufe mittels einer Formkanalstempelpresse mit wenigstens einem Preßstempel in einem Presskanal entlang eines sich konisch verengenden Einlaufabschnittes und eines sich konisch aufweitenden Auslaufabschnittes zu Briketts verpresst wird. Hierdurch lassen sich Briketts hoher Qualität, insbesondere hoher Festigkeit bereitstellen . Das Verfahren kann auf einfache Weise hinsichtlich bestimmter Einsatzstoffe optimiert werden. Gemäß einer Ausführungsform erfolgt vor dem Verpressen ein Pelletieren des Einsatzstoffes zu zylindrischen Pellets mittels einer Lochscheibenwalzenmühle. Hierdurch wird der Einsatzstoff in einer für das Verpressen vorteilhaften Konfektionierung stromauf von der Formkanalstempelpresse bereitgestellt.
Die Lochscheibenwalzenmühle weist eine Matrize mit einer Vielzahl von Pressdurchlässen auf insbesondere zylindrische Durchlässe mit einem Durchmesser zwischen 2 und 6mm, insbesondere von bis zu 6mm, vorzugsweise kleiner 3mm, weiter bevorzugt 0.1 bis 2mm. Dabei kann die Länge der Durchlässe variabel sein, bzw. individuell je Matrize vorgeben sein. Die jeweilige Matrize kann austauschbar sein und individuell je Einsatzstoff verwendet werden. Die Durchlässe können auf der Ausgangsseite eine sich aufweitende Querschnittsgeometrie bzw. Hinterbohrung aufweisen, für eine möglichst starke Rückexpansion. Dabei kann eine möglichst schwache Kompaktierung/Verdichtung erzielt werden . Die so erhaltenen Pellets weisen eine möglichst geringe Rohdichte und damit eine hohe Porosität auf, insbesondere eine Rohdichte im Bereich von 0.65 bis 0.75g/cm3, und/oder eine Porosität im Bereich von 42 bis 46%. Es hat sich gezeigt, dass hierdurch vorteilhafte Eigenschaften beim Verpressen in einer Formkanalstempelpresse mit Venturi-Kanal eingestellt werden können. Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel beträgt bei den Pellets die Rohdichte ca. 0.7g/cm3 oder exakt 0.72g/cm3, und die Porosität ca. 44% oder exakt 44.6%.
Erfindungsgemäß weist die Lochscheibenwalzenmühle eine Matrize mit einer Vielzahl von Pressdurchlässen jeweils mit einem Durchmesser bis 6mm oder zwischen 1 und 6mm auf, insbesondere kleiner 3mm. Dies liefert auch eine vorteilhafte Konfektionierung für die zweite Agglomerationsstufe. Es hat sich gezeigt, dass mittels der Lochscheibenwalzenmühle auf einfache Weise eine vorteilhafte Vorkonfektionierung des Einsatzstoffes erzielt werden kann .
In agglomerationstechnischer Hinsicht ist davon auszugehen, dass die Beanspruchung des Einsatzstoffes in der Lochscheibenwalzenmühle in Verbindung mit der nachfolgenden Verpressung in der Formkanalstempelpresse der theoretischen Lehre für das optimale Konfektionieren des Einsatzstoffes zuwider läuft. Denn bisher war davon auszugehen, dass durch eine Pelletierung mit anschließender Trocknung die Bindungen der Partikel abgesättigt sind, d.h . , eine einstufige Agglomeration wurde als zielführend erachtet.
Erfindungsgemäß hat sich gezeigt, dass insbesondere auch durch vorteilhafte Ausgestaltung der Pressdurchlässe der ersten Agglomerationsstufe gute Voraussetzungen für eine erfolgreiche Verpressbarkeit in der zweiten Agglomerationsstufe geschaffen werden können. Durch die Vorbehandlung in der Lochscheibenwalzenmühle kann der Einsatzstoff vorkonfektioniert werden, indem mittels der Pressdurchlässe, insbesondere in bevorzugter Geometrie, nur eine vergleichsweise schwache Agglomeration erfolgt, und dadurch der Einsatzstoff vorkonfektioniert wird für eine bevorzugte Konfektionierung mittels der Formkanalstempelpresse (zweite Agglomerationsstufe).
Als Pellet ist hierbei der erhaltene Formkörper nach dem Schritt des Walzens/Formgebens mittels der Lochscheibenwalzenmühle zu verstehen. Die Geometrie der Vorkompaktate/Pellets kann dabei durch die Geometrie der Matrize bzw. der Durchlässe vorgegeben werden. Mehrere Pellets können dann im nachfolgenden Schritt des Verpressens, insbesondere durch gezielteres Einstellen von Pressdruck, Temperatur und Pressdauer, jeweils zu einem Brikett bzw. Pressling geformt werden . Das Kompaktierverfahren umfasst eine zweistufige Agglomeration, wobei vor dem Verpressen ein Pelletieren des vergleichsweise feuchten Einsatzstoffes (insbesondere im Bereich von 20Ma%) zu insbesondere zylindrischen Pellets erfolgen kann . Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Kohle bzw. der Einsatzstoff vor dem Verpressen einen Wasseranteil zwischen 8 bis 15Ma%, insbesondere 10 bis 12Ma% aufweist. Die Lochscheibenwalzenmühle ermöglicht ein Pelletieren von vergleichsweise feuchtem Einsatzstoff, so dass zwischen Lochscheibenwalzenmühle und Formkanalstempelpresse je nach Bedarf ein Trocknen erfolgen kann .
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt das Verpressen bei Temperaturen im Bereich von 60 bis 95°C oder von 50 bis 90°C oder von 40 bis 80°C, insbesondere 55 bis 65°C. Hierdurch kann ein Anhaften bzw. Verbacken optimiert werden , insbesondere jeweils im gewünschten Feuchtebereich. I nsbesondere kann sichergestellt werden, dass keine Verdampfung erfolgt. Es hat sich gezeigt, dass insbesondere Braunkohle insbesondere bei zumindest annähernd 65°C zu besonders druckfesten Briketts verpresst werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt das Verpressen bei Drücken von 120 bis 150MPa, insbesondere bei 140MPa. Hierdurch lassen sich für diverse Einsatzstoffe vorteilhafte Eigenschaften der Briketts erzielen. Insbesondere in diesem Druckbereich können hohe Qualitäten erzielt werden.
Dabei wird der auf den Einsatzstoff ausgeübte Druck im Auslaufabschnitt bevorzugt deutlich kleiner als der Druck im Einlaufabschnitt in der Hauptverengung (mittiger Abschnitt) eingestellt, insbesondere mit kontinuierlicher Abnahme ausgehend vom maximalen Druckniveau. Hierdurch lassen sich gute Eigenschaften der Briketts sicherstellen , insbesondere aufgrund schonender Behandlung.
Gemäß einer Ausführungsform wird dem Einsatzstoff vor oder während des Verpressens ein Bindemittel zugeführt, insbesondere ein Bindemittel aus der Gruppe: Melasse, Sulfit-(ab)lauge, Sulfat-(ab)lauge, Propanbitumen, Zellulose-Fasern, HSC-Rückstand, HSC-/ROSE-Mischrückstand. Hierdurch können die Eigenschaften der verpressten Briketts oder auch der Effekt bestimmter Druckverhältnisse in der Formkanalstempelpresse beeinflusst werden. Das Bindemittel wird insbesondere bei Temperaturen im Bereich von 30 bis 120°C zuführt. Es hat sich gezeigt, dass eine Zugabe von Bindemittel in der Lochscheibenwalzenmühle nicht notwendigerweise erforderlich ist. Jedoch können dort und/oder in einem separaten Mischer wahlweise auch Brikettier- oder Verkokungshilfsmittel zugegeben werden. Insbesondere bei der Verarbeitung von höher inkohlten Kohlen kann ein für die Brikettierung bzw. Verkokung verwendetes Bindemittel bzw. Verkokungshilfsmittel zur optimalen Durchmischung bereits in der Lochscheibenwalzenmühle oder auch in einem separaten Mischer zugegeben werden. Verkokungshilfsmittel können bereits stromauf von der Lochscheibenwalzenmühle zugegeben werden . Erfindungsgemäß wird der Einsatzstoff nach der ersten Agglomerationsstufe mit einer Pellet- bzw. Korngröße zwischen 0.1 und 4mm oder zwischen 0.1 und 3mm, insbesondere kleiner 2mm bereitgestellt. Hierdurch lässt sich ein guter Zusammenhalt der einzelnen Partikel im verpressten Brikett sicherstellen, insbesondere unabhängig von der Art oder Richtung der Belastung in der Ofenkammer. Das Verpressen erfolgt bevorzugt bei max. 15Ma% Wasser, insbesondere temperatur- und/oder feuchtegeregelt im Bereich von 8 bis 15Ma%, oder noch gezielter im Bereich von 10 bis 12Ma%.
Bisher erfolgte eine klassische Zerkleinerung zu Körnern mit einer Körnung von 1/Omm, mit hohem Feinanteil (insbesondere 40% der Körner mit Durchmesser < 0,25mm). Dank der hier beschriebenen Vorrichtung ist eine Feuchtzerkleinerung möglich, bei welcher eine Sekundärkörnung mit geringer Staubfracht, aber hoher innerer Feinheit der Pellets sichergestellt werden kann. Dies führt beim Verpressen der Pellets zu Briketts mit höherer Qualität, insbesondere auch zu hoher Brikett-/Koksfestigkeit. Das Pelletieren kann dabei bei vergleichsweise hohem Feuchteanteil im Bereich von 20% bis 60% erfolgen. Die zweistufige Agglomeration ermöglicht das Kompaktieren des Einsatzstoffes in einem Zustand mit noch vergleichsweise hohem Feuchteanteil.
Das Zerkleinern des Einsatzstoffes kann durch Aufmahlen und Pelletieren in der Lochscheibenwalzenmühle erfolgen.
Gemäß einer Ausführungsform wird der Einsatzstoff für die erste und/oder zweite Agglomerationsstufe mit einem Wassergehalt von 15 bis 60Ma%, insbesondere 40 bis 60Ma% bereitgestellt; wobei der Einsatzstoff beim Verpressen auf einen Wassergehalt von 5 bis 20Ma%, insbesondere 10 bis 12Ma%, insbesondere HMa% gebracht wird, insbesondere bei Temperaturen im Bereich von 40 bis 70°C, insbesondere 50 bis 70°C, insbesondere 60°C. Hierdurch kann insbesondere für Braunkohlen eine vorteilhafte Zusammensetzung mit guten Eigenschaften hinsichtlich Partikelfestigkeit sichergestellt werden. Bei anderen Einsatzstoffen hingegen kann der Wassergehalt auch höher oder niedriger sein, insbesondere im kompletten Bereich vom Ausgangswassergehalt des Einsatzstoffes (z. B. Braunkohle 50 bis 65%) bis zum Wassergehalt des vorgetrockneten Einsatzstoffes liegen.
Vor dem Verpressen wird in der ersten Agglomerationsstufe bevorzugt eine Porosität im Bereich von 40 bis maximal 50% sichergestellt, und/oder eine Rohdichte im Bereich von 0.6 bis maximal 0.8g/cm3. Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel beträgt bei den Pellets die Rohdichte max. 0.75g/cm3, und/oder die Porosität beträgt max. 45%.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt das Verpressen chargenweise zu jeweils einem Brikett binnen einer Zeitdauer von weniger als 15sek, insbesondere weniger lOsek, insbesondere im Bereich von 3 bis 9sek. Hierdurch lassen sich gute Eigenschaften des Briketts erzielen, insbesondere auch gute Festigkeitswerte. Gemäß einer Ausführungsform wird die Kohle bzw. der Einsatzstoff vor dem Verpressen aus wenigstens zwei unterschiedlichen Einsatzstoffen gemischt, insbesondere unter Beigabe von Bindemittel. Hierdurch lässt sich die Zusammensetzung des Briketts individuell für eine jeweilige Anwendung optimieren . Gemäß einer Ausführungsform wird dem Einsatzstoff vor oder während dem Verpressen ein Verkokungs- Hilfsmittel zugeführt, insbesondere ein Verkokungs-Hilfsmittel aus der Gruppe: Melasse, Sulfit-(ab)lauge, Sulfat- (ab)lauge, Propanbitumen, Zellulose-Fasern, HSC (High-Conversion Soaker Cracking)-Rückstand, HSC/ROSE (Residue Oil Supercritical Extraction)-Mischrückstände. Hierdurch lassen sich die Material-Eigenschaften speziell hinsichtlich Verkokung einstellen , insbesondere in Abhängigkeit vom gewählten Temperaturregime in der Ofenkammer. Dies liefert eine weitere Option der Einflussnahme auf die Verfahrensparameter. Das Verkokungs- Hilfsmittel wird insbesondere bei Temperaturen im Bereich von 30 bis 120°C zuführt.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt das Verpressen derart, dass die in Koksbriketts bzw. Stückkoks umgewandelten Briketts vor und/oder nach der Verkokung eine Druckfestigkeit >=20MPa, insbesondere >=30MPa aufweisen. Hierdurch kann eine hohe Betriebssicherheit sichergestellt werden, insbesondere auch bei sehr hohen Ofenkammern mit großer Last auf die unteren Briketts. Das Anwendungsspektrum der Briketts wird dadurch besonders breit. Es hat sich gezeigt, dass das Brikettieren wertbestimmend für die Festigkeit der Briketts auch nach Verkokung ist. Die Festigkeit kann jedoch durch unsachgemäße Trocknung, Verkokung oder Kühlung verloren gehen. Bei dem hier beschriebenen temperaturgeregelten Verfahren kann sichergestellt werden, dass die Druckfestigkeit von insbesondere Braunkohle durch das Verkoken nicht sinkt, sondern konstant bleibt oder sogar steigt. I nsbesondere kann eine Zunahme der Festigkeit um mindestens 30 bis 50% sichergestellt werden, beispielsweise von 25MPa auf mindestens 35MPa, oder von 30MPa auf mindestens 45MPa. Als beachtliche Parameter zum Optimieren der Verkokung können neben den Temperaturkurven auch insbesondere Zeit/Dauer der Verkokung und Druckverhältnisse in der Ofenkammer genannt werden . Es hat sich jedoch gezeigt, dass der Temperaturverlauf den größten Einfluss hat.
Die Festigkeit kann dabei eine monovariable Funktion der Dichte sein. Insbesondere unter Verwendung von Bindemitteln können Briketts mit sehr hoher Festigkeit auch bei geringerer Dichte hergestellt werden. Gemäß einer Ausführungsform erfolgt vor dem Verpressen der Briketts zunächst eine Erwärmung und Trocknung des Einsatzstoffes auf 20Ma% Wasser, und daraufhin eine Erwärmung und Trocknung des zu Briketts verpressenden/verpressten Einsatzstoffes auf HMa% Wasser, bevor die Briketts einer Ofenvorrichtung zugeführt werden. Dies stellt eine besonders schonende Behandlung der Briketts sicher. Das Verpressen erfolgt bevorzugt bei HMa% Wasser, insbesondere temperatur- und/oder feuchtegeregelt. Zumindest eine der zuvor beschriebenen Aufgaben wird erfindungsgemäß auch gelöst durch Verwendung einer Lochscheibenwalzenmühle in Verbindung mit einer Formkanalstempelpresse in einem zweistufigen Agglomerationsprozess zum Kompaktieren von wenigstens einem festen Einsatzstoff aus der Gruppe: Braunkohle, schwachbackende Steinkohle, Biomasse, Petrolkoks, Petrolkohle; zum Bereitstellen von Briketts, wobei die Lochscheibenwalzenmühle eine Matrize mit einer Vielzahl von Pressdurchlässen jeweils mit einem Durchmesser bis 6mm, insbesondere kleiner 2mm umfasst, insbesondere Verwendung einer Formkanalstempelpresse mit sich zweifach entgegengesetzt verjüngendem Presskanal zum Bereitstellen von insbesondere zylindrischen Briketts aus Pellets einer Lochscheibenwalzenmühle, insbesondere für eine Ofenvorrichtung mit vertikalen Ofenkammern. Hierdurch ergeben sich zuvor genannte Vorteile.
Zumindest eine der zuvor beschriebenen Aufgaben wird erfindungsgemäß auch gelöst durch Verwendung einer Lochscheibenwalzenmühle zum Pelletieren von wenigstens einem festen Einsatzstoff aus der Gruppe: Braunkohle, schwachbackende Steinkohle, Biomasse, Petrolkoks, Petrolkohle; zum Bereitstellen von Pellets zum Verpressen der Pellets zu Briketts in einer Formkanalstempelpresse, wobei die Lochscheibenwalzenmühle eine Matrize mit einer Vielzahl von Pressdurchlässen jeweils mit einem Durchmesser bis 6mm, insbesondere kleiner 2mm umfasst, insbesondere für eine Ofenvorrichtung mit vertikalen Ofenkammern. Hierdurch ergeben sich zuvor genannte Vorteile.
Zumindest eine der zuvor beschriebenen Aufgaben wird erfindungsgemäß auch gelöst durch ein Brikett eingerichtet zur Verkokung (bzw. zur Umwandlung in Koks) in einer Ofenvorrichtung zur Herstellung von Koks, insbesondere zylindrisches Brikett; wobei das Brikett aus Einsatzstoff aus der Gruppe: Braunkohle, schwachbackende Steinkohle, Biomasse, Petrolkoks, Petrolkohle; besteht und eine Druckfestigkeit >=20MPa, insbesondere >=30MPa aufweist, wobei das Brikett durch eine erste Agglomerationsstufe mit einer Lochscheibenwalzenmühle und durch eine zweite Agglomerationsstufe mit einer Formkanalstempelpresse hergestellt wird, indem der Einsatzstoff nach der ersten Agglomerationsstufe mit einer Größe zwischen 0.1 und 4mm oder zwischen 0.1 und 3mm bereitgestellt wird. Dies liefert zuvor genannte Vorteile. Das Brikett weist diese Druckfestigkeit vor und/oder nach der Verkokung auf, bevorzugt sowohl vor als auch nach der Verkokung.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist das Brikett eine zylindrische Geometrie auf. Es hat sich gezeigt, dass diese Geometrie ein breites Anwendungsspektrum für die Briketts erschließt, und insbesondere auch ein vorteilhaftes Herstellungsverfahren ermöglicht. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Brikett breiter als hoch, insbesondere scheibenförmig. Dies ermöglicht eine besonders exakte Einflussnahme auf die Eigenschaften der Briketts im Zusammenhang mit dem Verpressen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist das Brikett eine zylindrische Geometrie mit Breite zu Höhe-Verhältnis von 1 bis 5 auf, insbesondre 2 bis 3 , mit wenigstens einer Stirnseite geometrisch korrespondierend zu einer Stirnseite eines Preßstempels einer Formkanalstempelpresse. Hierdurch kann auch eine besonders gute Festigkeit erzielt werden . Mittels des Preßstempels kann dem Brikett dabei eine Geometrie in einem engen Toleranzbereich verliehen werden. Dies ist nicht zuletzt hinsichtlich der Festigkeit vorteilhaft. Das Brikett weist z. B. eine Breite oder einen Durchmesser von 20 bis 100mm auf, bei ebenen Stirnseiten, wahlweise mit abgerundeten Ecken. Es hat sich gezeigt, dass die zylindrische Geometrie Vorteile insbesondere bei der Substitution klassischer Hochofen-Briketts bzw. klassischer Einsatzstoffe liefert, bei welchen ein langsames Verbrennen und eine verzögerte Reaktion erforderlich bzw. wünschenswert sind. Insbesondere aufgrund der mittels des hier beschriebenen Agglomerationsverfahrens (Verpressen in Presskanal) erzielten Festigkeitswerte bei zylindrischen Briketts kann die Substitution auf breiter Basis erfolgen.
Zumindest eine der zuvor beschriebenen Aufgaben wird erfindungsgemäß auch gelöst durch ein Pellet eingerichtet zum Verpressen in einer Formkanalstempelpresse zum Bereitstellen eines Briketts eingerichtet zur Verkokung in einer Ofenvorrichtung zur Herstellung von Koks, wobei das Pellet hergestellt ist durch Pelletieren von wenigstens einem festen Einsatzstoff aus der Gruppe: Braunkohle, schwachbackende Steinkohle, Biomasse, Petrolkoks, Petrolkohle; in einer Lochscheibenwalzenmühle, indem das Pellet mit einer Größe zwischen 0.1 und 4mm oder zwischen 0.1 und 3mm an der Formkanalstempelpresse bereitgestellt wird. Dies liefert auch ein breites Anwendungsspektrum.
Zumindest eine der zuvor beschriebenen Aufgaben wird auch gelöst durch ein Brikett, insbesondere ein zuvor beschriebenes Brikett, hergestellt durch Verpressen von wenigstens einem festen Einsatzstoff aus der Gruppe: Braunkohle, schwachbackende Steinkohle, Biomasse, Petrolkoks, Petrolkohle; in einer Formkanalpresse mit sich zweifach entgegengesetzt Venturi-artig verjüngendem Presskanal, insbesondere nachdem der Einsatzstoff zuvor in einer Lochscheibenwalzenmühle pelletiert wurde. Hierdurch lassen sich neben diversen verfahrenstechnischen Vorteilen Briketts mit hoher Festigkeit herstellen . Es hat sich gezeigt, dass bei Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung insbesondere auch die Einsatzstoffe Braunkohle und schwachbackende Steinkohle und Biomasse auch miteinander vermischt werden können . Dies erweitert das Anwendungsgebiet der hier beschriebenen Ofenvorrichtungen.
Zumindest eine der zuvor beschriebenen Aufgaben wird erfindungsgemäß auch gelöst durch ein Brikett eingerichtet zur Verkokung in einer Ofenvorrichtung, insbesondere ein zuvor beschriebenes Brikett, hergestellt durch Pelletieren von wenigstens einem festen Einsatzstoff aus der Gruppe: Braunkohle, schwachbackende Steinkohle, Biomasse, Petrolkoks, Petrolkohle; in einer Lochscheibenwalzenmühle, indem der Einsatzstoff nach der ersten Agglomerationsstufe mit einer Größe zwischen 0.1 und 4mm oder zwischen 0.1 und 3mm bereitgestellt wird, und durch anschließendes Verpressen der erhaltenen Pellets zu insbesondere zylindrischen Briketts in einer Formkanalstempelpresse, insbesondere in einem sich zweifach entgegengesetzt Venturi-artig verjüngendem Presskanal. Zumindest eine der zuvor beschriebenen Aufgaben wird auch gelöst durch Koksbriketts aus wenigstens einem festen Einsatzstoff aus der Gruppe: Braunkohle, schwachbackende Steinkohle, Biomasse, Petrolkoks, Petrolkohle; mit einer Druckfestigkeit >=20MPa, insbesondere >=30MPa, hergestellt durch Verkoken von insbesondere zylindrischen Briketts bestehend aus wenigstens einem festen Einsatzstoff aus der Gruppe: Braunkohle, schwachbackende Steinkohle, Biomasse, Petrolkoks, Petrolkohle; in einem Vertikalkammerofen mit kontinuierlich über die jeweilige Ofenkammer ansteigendem Temperaturprofil, nach vorhergehender mehrstufiger Trocknung in einem Brikett-Trockner. Zumindest eine der zuvor beschriebenen Aufgaben wird auch gelöst durch einen Kohlepressling aus Braunkohle, bereitgestellt als Kohlebrikett oder Koksbrikett, mit den folgenden Eigenschaften: Rohdichte maximal 0.75g/cm3, und/oder Porosität maximal 45%, wobei der Kohlepressling insbesondere eine zylindrische, scheibenförmige Geometrie aufweist. Zumindest eine der zuvor beschriebenen Aufgaben wird auch gelöst durch einen Kohlepressling aus schwachbackender Steinkohle, bereitgestellt als Kohlebrikett oder Koksbrikett, mit den folgenden Eigenschaften: Rohdichte maximal 0.75g/cm3, und/oder Porosität maximal 45%, wobei der Kohlepressling insbesondere eine zylindrische, scheibenförmige Geometrie aufweist. Zumindest eine der zuvor beschriebenen Aufgaben wird auch gelöst durch einen Pressling aus Biomasse oder Petrolkohle, mit den folgenden Eigenschaften: Rohdichte maximal 0.75g/cm3, und/oder Porosität maximal 45%, wobei der Pressling insbesondere eine zylindrische, scheibenförmige Geometrie aufweist.
Zumindest eine der zuvor beschriebenen Aufgaben wird auch gelöst durch Verwendung eines mittels einer Lochscheibenwalzenmühle pelletierten und mittels einer Formkanalstempelpresse verpressten insbesondere zylindrischen Briketts aus wenigstens einem festen Einsatzstoff aus der Gruppe: Braunkohle, schwachbackende Steinkohle, Biomasse, Petrolkoks, Petrolkohle; in einem Vertikalkammerofen, insbesondere eines zuvor beschriebenen Briketts, zum Herstellen von Koksbriketts durch Temperieren wenigstens zweier Temperaturbereiche mit unterschiedlich steiler Temperaturrampe, erst kleinerer Steigung, dann größerer Steigung.
Zumindest eine der zuvor beschriebenen Aufgaben wird auch gelöst durch Verwendung von Verkokungs- Hilfsmittel zum Herstellen eines Briketts aus wenigstens einem festen Einsatzstoff aus der Gruppe: Braunkohle, schwachbackende Steinkohle, Biomasse, Petrolkoks, Petrolkohle; insbesondere eines zuvor beschriebenen Briketts, wobei das Verkokungs-Hilfsmittel aus wenigstens einer Komponente aus der folgenden Gruppe besteht: Sulfit-(ab)lauge, Sulfat-(ab)lauge, Propanbitumen, Zellulose-Fasern, HSC-Rückstand, HSC-/ROSE- Mischrückstand.
Zumindest eine der zuvor beschriebenen Aufgaben wird auch gelöst durch Verwendung von Bindemittel zum Herstellen eines Briketts aus wenigstens einem festen Einsatzstoff aus der Gruppe: Braunkohle, schwachbackende Steinkohle, Biomasse, Petrolkoks, Petrolkohle; insbesondere eines zuvor beschriebenen Briketts, wobei das Bindemittel aus wenigstens einer Komponente aus der folgenden Gruppe besteht: Sulfit- (ab)lauge, Sulfat-(ab)lauge, Propanbitumen , Zellulose-Fasern, HSC-Rückstand, HSC-/ROSE-Mischrückstand, Malzrückstände (Biertreber). Hierdurch kann gezielt Einfluss auf bestimmte M ischungen von Einsatzstoff genommen werden, insbesondere ohne das Verfahren stark abwandeln zu müssen. In vielen Fällen kann es gewünscht sein, das Verpressen ohne Bindemittel durchzuführen . Das Bindemittel kann aber nicht nur den Zusammenhalt der Pellets/Vorkompaktate verbessern, sondern auch die Kokseigenschaften (insbesondere die Werte CRI und CSR) verbessern. Zumindest eine der zuvor beschriebenen Aufgaben wird auch gelöst durch Verwendung von Bindemittel und/oder Verkokungs-Hilfsmittel zum Herstellen eines Briketts aus wenigstens einem festen Einsatzstoff aus der Gruppe: Braunkohle, schwachbackende Steinkohle, Biomasse, Petrolkoks, Petrolkohle; das Bindemittel oder Verkokungs-Hilfsmittel umfassend wenigstens einen Stoff aus der Gruppe: Sulfit-(ab)lauge, Sulfat-(ab)lauge, Propanbitumen, Zellulose-Fasern , HSC-Rückstand, HSC-/ROSE-Mischrückstand. Es hat sich gezeigt, dass diese Stoffe sowohl als Bindemittel als auch als Verkokungshilfsmittel verwendet werden können. Die Bindemittel werden dem Einsatzstoff vor dem Verpressen zugegeben und ermöglichen dank ihrer Klebwirkung, aus schwachbackendem Einsatzstoff einen formbeständigen Pressling zu erzeugen. Die Verkokungshilfsmittel hingegen schmelzen erst bei höheren Temperaturen in der Ofenkammer und bilden dort während einem Aufblähen/Aufweiten und Wiederverfestigen des Einsatzstoffes, insbesondere im Temperaturbereich >350°C, so genannte Schmelz- oder Festkörperbrücken zwischen den Partikeln.
Zumindest eine der zuvor beschriebenen Aufgaben wird erfindungsgemäß auch gelöst durch eine Kohlenutzungsanordnung, umfassend wenigstens eine zuvor beschriebene Ofenvorrichtung sowie wenigstens eine zuvor beschriebene Werkzeugvorrichtung, wobei mittels der Werkzeugvorrichtung verpresste Briketts bevorzugt mit einem Wassergehalt von weniger als 15Ma%, insbesondere im Bereich von 10 bis 12Ma% verpresst und auf diesem Wassergehalt an der Ofenvorrichtung bereitgestellt werden, insbesondere an einem temperatur- und/oder feuchtegeregelten Brikett-Trockner stromauf von der Ofenkammer. Hierdurch kann vermieden werden, dass die Briketts nach der Konfektionierung wieder Wasser aufsaugen . Materialstress kann minimiert werden . Es hat sich gezeigt, dass es insbesondere hinsichtlich Prozessstabilität und hinsichtlich Qualität des Endproduktes vorteilhaft ist, dass sich der Wassergehalt von 10 bis 12Ma%, insbesondere HMa% zwischen dem Verpressen (zweite Agglomerationsstufe) und einem nachfolgenden Trocknungsvorgang unmittelbar vor dem Verkoken (also z. B. in einem Brikett-Trockner) nicht ändert.
Eine derartige Kohlenutzungsanordnung liefert Vorteile hinsichtlich der Handhabung oder Zuführung des Einsatzstoffes oder der Pellets/Vorkompaktate, und ermöglicht insbesondere das flexible Einstellen von Trocknungsverfahren oder Temperaturkurven , je nach Kohlesorte. Die final verpressten Briketts können dabei z. B. mittels eines Wellkantengurtförderers bzw. Förderbandes (Bandanlage) nach erfolgtem Verpressen zum Brikett-Trockner oder einem vorgelagerten Bunker gefördert werden. Alternativ ist die Werkzeugvorrichtung, insbesondere eine/die Formkanalstempelpresse der Werkzeugvorrichtung, in Schwerkraftrichtung oberhalb von einem/dem Brikett-Trockner der Ofenvorrichtung angeordnet. Dies ermöglicht eine Zufuhr basierend auf Gravitationskräften, ohne das Erfordernis einer Bandanlage. Die einzelnen Komponenten der Werkzeugvorrichtung können auch an anderen Positionen angeordnet sein. Die Briketts können z.B. mit einem Becherwerk in einen Bunker insbesondere oberhalb des Brikett-Trockners angeordneten befördert werden , so dass zumindest eine Förderung aus dem Bunker basierend auf Schwerkräften möglich ist. Es kann jedoch bei vielen Anlagen-Konzepten vorteilhafter sein , dass die gesamte Agglomerationsstufe bzw. Vorrichtungen zum Kompaktieren außerhalb der Koksofenbatterie angeordnet sind.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Kohlenutzungsanordnung eine Lochscheibenwalzenmühle, welche in Förderrichtung des Einsatzstoffes stromauf von einer/der Formkanalstempelpresse der Werkzeugvorrichtung angeordnet ist. Dabei können folgende Anordnungen bzw. Materialflüsse realisiert werden : Der Einsatzstoff wird (insbesondere ohne das Erfordernis einer Vortrocknung) einer Lochscheibenwalzenmühle zugeführt, daraufhin getrocknet, und dann zu Briketts verpresst. Im Gegensatz dazu war bisher folgende Anordnung üblich: Vorzerkleinerter Einsatzstoff wurde in einen Trockner gefördert, von dort zu einer Nachzerkleinerung, und daraufhin erfolgte das Verpressen zu Briketts.
Der Vortrockner kann in der Nähe der Formkanalstempelpresse angeordnet sein . Der Brikett-Trockner befindet sich bevorzugt oberhalb von der jeweiligen Ofenkammer. Insbesondere kann an eine (jeweilige) Ofenkammer gekoppelt sein: ein übergebauter Bunker, ein übergebauter Trockner, eine untergebaute Einrichtung zur Kokstrockenkühlung. Folgende separate Komponenten können eine Einheit bilden: erste Agglomerationsstufe (umfassend Trocknung, Zerkleinerung), zweite Agglomerationsstufe (umfassend Brikettierung). Wahlweise kann ein zentralisierter Trockner für mehrere Ofenkammern vorgesehen sein, wobei eine Einbindung weiterer Abwärmequellen möglich ist, insbesondere zwecks Minderung von Emissionen, Reduzierung von Korrosion im Trockner, oder Verbesserung der Koksqualität durch einsatzstoffspezifisch geregelte Trocknung. Dann können auch folgende Einheiten gebildet werden : erste und zweite Agglomerationsstufe, Brikett-Bunker und Brikett- Trockner, Ofenkammer mit übergebautem Bunker und untergebauter Einrichtung zur Kokstrockenkühlung. Wie erwähnt, kann dank der zweistufigen Agglomeration eine Feuchtzerkleinerung und Formgebung insbesondere auch von Braunkohle erfolgen, also bei vergleichsweise hohem Feuchteanteil, nämlich in einer Lochscheibenwalzenmühle bzw. Lochscheibenwälzmühle, welche einen intensiven Aufschluss der Körner ermöglicht und dadurch das spätere Verbacken erleichtert bzw. hohe Druckfestigkeiten ermöglichen kann . Nach einer Trocknung kann dann im zweiten Agglomerationsschritt die Brikettierung erfolgen .
Im Gegensatz dazu erfolgt die traditionelle Aufbereitung von Braunkohle nach folgendem Schema: Vorzerkleinerung von Rohkohle in Rohfeinkohle, Trocknung der Rohfeinkohle zum Bereitstellen von Trockenkohle, Zerkleinerung der Trockenkohle, Brikettierung der zerkleinerten Trockenkohle.
Zumindest eine der zuvor beschriebenen Aufgaben wird auch gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen von Koks und/oder chemischen Wertstoffen wie Gasen und Flüssigkeiten durch Verkoken von wenigstens einem festen Einsatzstoff aus der Gruppe: Braunkohle, schwachbackende Steinkohle, Biomasse, Petrolkoks, Petrolkohle; wobei der wenigstens eine feste Einsatzstoff in einer der Verkokung vorangeschalteten ersten Agglomerationsstufe gemahlen und pelletiert wird und in einer weiteren vorangeschalteten zweiten Agglomerationsstufe verpresst wird, jeweils bevorzugt bei geregelter Trocknung, und daraufhin in einem Brikett- Trockner stufenweise weiter bis auf einen Feuchteanteil von weniger als 5Ma% getrocknet wird, und anschließend durch eine schachtartige Verkokungskammer aufgrund von Gravitationskräften von oben nach unten hindurch gefördert wird und dabei kontinuierlich mit zunehmender Weglänge erwärmt wird, wobei die erforderliche Wärmeenergie in wenigstens zwei, bevorzugt wenigstens drei jeweils auf einer Seite seitlich zur jeweiligen Ofenkammer angeordneten horizontalen Heizkanälen , und bevorzugt auch durch einen darüber liegenden mäanderförmigen Heizkanal, die jeweils individuell durch wenigstens einen externen Brenner beheizt werden, erzeugt und indirekt über eine Trennwand in die Ofenkammer übertragen wird, und wobei der Einsatzstoff anschließend in einer unterhalb der (jeweiligen) Ofenkammerkammer befindlichen Einrichtung zu Trockenkühlung mittels Kühlgas, insbesondere im Gegenstrom, gekühlt und das dadurch erwärmte Kühlgas durch Wärmetauscher geführt wird, wobei der in der ersten Agglomerationsstufe gemahlene, zerkleinerte, pelletierte Einsatzstoff in der zweiten Agglomerationsstufe in einem Presskanal mit zylindrischer Geometrie mit sich verengendem und daraufhin wieder erweiterndem Querschnitt verpresst wird, insbesondere zu zylindrischen, puckförmigen Briketts, insbesondere mit einem Verhältnis von Brikettdurchmesser zu Briketthöhe zwischen 1 bis 5, insbesondere 2 bis 3.
Zumindest eine der zuvor beschriebenen Aufgaben wird auch gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen von Koks und/oder chemischen Wertstoffen wie Gasen und Flüssigkeiten durch Verkoken von wenigstens einem festen Einsatzstoff aus der Gruppe: Braunkohle, schwachbackende Steinkohle, Biomasse, Petrolkoks, Petrolkohle; wobei der wenigstens eine Einsatzstoff in einer vorangeschalteten ersten Agglomerationsstufe umfassend eine Lochscheibenwalzenmühle pelletiert und daraufhin in einer zweiten Agglomerationsstufe umfassend eine Formkanalstempelpresse verpresst wird, und bevorzugt in jeder Agglomerationsstufe vorgetrocknet wird, daraufhin in einem Brikett-Trockner stufenweise weiter bis auf einen Feuchteanteil von weniger als 5Ma% getrocknet wird, und anschließend durch eine schachtartige Verkokungskammer aufgrund von Gravitationskräften von oben nach unten hindurch gefördert wird und dabei kontinuierlich mit zunehmender Weglänge erwärmt wird, wobei die erforderliche Wärmeenergie in wenigstens zwei, bevorzug jeweils wenigstens drei jeweils auf einer Seite seitlich zur jeweiligen Ofenkammer angeordneten horizontalen Heizkanälen, und bevorzugt auch durch einen darüber liegenden mäanderförmigen Heizkanal, die jeweils individuell durch wenigstens einen externen Brenner beheizt werden, erzeugt und indirekt über eine Trennwand bzw. Heizwand in die Ofenkammer übertragen wird, und wobei der Einsatzstoff anschließend in einer unterhalb der (jeweiligen) Ofenkammerkammer befindlichen Einrichtung zu Trockenkühlung mittels Kühlgas gekühlt und das dadurch erwärmte Kühlgas durch Wärmetauscher geführt wird, wobei der in der ersten Agglomerationsstufe gemahlene, zerkleinerte, pelletierte Einsatzstoff in der zweiten Agglomerationsstufe in einem Presskanal mit zylindrischer Geometrie mit sich verengendem und daraufhin wieder erweiterndem Querschnitt verpresst wird, insbesondere zu zylindrischen , puckförmigen Briketts, insbesondere mit einem Verhältnis von Brikettdurchmesser zu Briketthöhe zwischen 1 bis 5, insbesondere 2 bis 3.
Zumindest eine der zuvor beschriebenen Aufgaben wird erfindungsgemäß auch gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von Koksbriketts aus festem, insbesondere kohlenstoffhaltigem Einsatzstoff, umfassend sowohl das zuvor beschriebene Kompaktieren des Einsatzstoffes zu Briketts als auch das zuvor beschriebenen Herstellen von Koksbriketts, wobei sowohl das Kompaktieren als auch das nachgeschaltete Trocknen in einem Brikett-Trockner und/oder das Verkoken in einer jeweiligen Ofenkammer temperatur- und/oder feuchtegeregelt erfolgen. Dies ermöglicht Briketts von sehr hoher Qualität, insbesondere aufgrund Temperatur- und/oder Feuchteregelung durch die gesamte Prozesskette.
FIGUREN BESCHREI BUNG
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung wenigstens eines Ausführungsbeispiels anhand von Figuren , sowie aus den Figuren selbst. Bei Bezugszeichen , die nicht explizit in Bezug auf eine einzelne Figur beschrieben werden , wird auf die anderen Figuren verwiesen. Dabei zeigen jeweils in schematischer Darstellung
Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau einer Werkzeugvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, insbesondere in relativer Anordnung zu einer die Werkzeugvorrichtung umfassenden
Kohlenutzungsanordnung;
Fig. 2 in einer Seitenansicht eine Kohlenutzungsanordnung zur Eingliederung einer
Werkzeugvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel; Fig. 3, 4A, 4B einzelne Komponenten einer Formkanalstempelpresse einer Werkzeugvorrichtung gemäß Ausführungsbeispielen;
Fig. 5 eine vorteilhafte Geometrie eines Briketts hergestellt gemäß einer Ausführungsform oder zur
Verwendung in einer Ofenvorrichtung oder in einer die Ofenvorrichtung umfassenden Kohlenutzungsanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
Fig. 6 bis 8 in schematischer Darstellung Details der ersten Agglomerationsstufe einer
Werkzeugvorrichtung gemäß Ausführungsbeispielen.
DETAILLIERTE BESCHREI BUNG DER FIGUREN
In Fig. 1 ist eine Werkzeugvorrichtung 70 gezeigt, die Teil einer Kohlenutzungsanordnung 80 umfassend eine Ofenvorrichtung 10 sein kann. Die Werkzeugvorrichtung 70 umfasst eine erste Agglomerationsstufe 70.1 und eine zweite Agglomerationsstufe 70.2. Die erste Agglomerationsstufe 70.1 umfasst eine Lochscheibenwalzenmühle 79 mit einer Matrize 79.1 mit einer Vielzahl von Pressdurchlässen 79.2 , durch welche hindurch Einsatzstoff 1 gepresst und in Form von Pellets 1.1 an der zweiten Agglomerationsstufe 70.2 bereitgestellt werden kann. Die zweite Agglomerationsstufe 70.2 umfasst eine Einrichtung zum Verpressen 73, die als Formkanalstempelpresse ausgebildet ist oder diese umfasst. Nach dem Verpressen können die erhaltenen Briketts 5 der Ofenvorrichtung 10 zugeführt werden , insbesondere einem Vertikalkammer-Koksofen.
Fig. 2 zeigt schematisch die Eingliederung der Werkzeugvorrichtung 70 in eine Kohlenutzungsanordnung 80 umfassend eine Ofenvorrichtung 10 mit einer Zuführeinheit 10.1 für den brikettierten Einsatzstoff 5, einem Brikett-Trockner 15, einem Eintragsystem 16, mehreren vertikalen Ofenkammern 11 , einer Kokstrockenkühlung 19 und einem Austragsystem 17.
Fig. 3 zeigt im Detail einen Formkanal 73.1 mit Venturi-Geometrie, ausgebildet in einem Grundkörper 73.2 , in welchem auch Temperierkanäle (Kühl- oder Heizkanäle) 73.21 vorgesehen sind. Ein Preßstempel 75 wird in einem Führungsabschnitt 74 geführt, welcher in einen sich kontinuierlich verengenden Einlaufabschnitt 76 übergeht (Länge der Formkanalverengung L73), insbesondere gebildet durch eine erste Hülse. Daran kann sich in Vorschubrichtung ein mittiger Abschnitt bzw. eine Hauptverengung 76a anschließen, insbesondere mit zylindrischer Geometrie bzw. kreisrundem Querschnittsprofil. Ein sich kontinuierlich aufweitender Auslaufabschnitt 77 kann insbesondere durch zweite Hülse gebildet sein . Die Abschnitte bilden zusammen eine Matrize 78, die wahlweise einstückig sein kann bzw. durch einen einzelnen Formabschnitt des Formkanals gebildet sein kann .
Der Preßstempel 75 kann über eine maximale Hublänge H verlagert werden, wobei Länge eines einzelnen Hubes bevorzugt der Breite des jeweiligen Briketts entspricht (ein Brikett je Hub). Die Stempeleintauchtiefe E in den Einlaufabschnitt 76 ist bevorzugt deutlich größer als der jeweilige Hub. Über die Höhe Δζ73 der Formkanalverengung kann der Grad der Pressung definiert werden. Die Höhe Δζ73 ist bevorzugt größer als die Höhe der Formkanalaufweitung, und/oder die Steigung der Formkanalverengung ist größer als jene der Formkanalaufweitung. In Fig. 3 ist ferner eine Steuerungseinrichtung 20 angedeutet, mittels welcher basierend auf Messwerten, die durch eine Messeinrichtung 14 erfasst werden , eine Prozesssteuerung erfolgen kann. Die Messeinrichtung 14 umfasst insbesondere wenigstens einen Temperatursensor 14.1 und/oder wenigstens einen H20-Sensor 14.2 und/oder wenigstens einen Drucksensor 14.3, deren jeweilige Position hier nur exemplarisch angedeutet ist. Die in Fig. 3 gezeigte Kompaktierung kann dabei wahlweise auch entkoppelt von den anderen Verfahrensschritten durchgeführt werden.
In den Fig. 4A, 4B sind weitere Komponenten gezeigt. Die Pellets 1.1 können einem Vortrockner 71 zugeführt und über eine Kupplung 72 der Formkanalstempelpresse 73 zugeführt werden . Der Venturi-Formkanal ist hier durch eine einzelne Verschleißhülse 73.3 bereitgestellt. Der Formkanal weist eine kreisrunde Querschnittsgeometrie Q73 auf.
Fig. 5 zeigt eine bevorzugte Geometrie von Briketts 5 für Vertikalkammer-Koksöfen. Das Brikett 5 ist zylindrisch und weist einen Durchmesser D5 und eine Höhe h5 auf. Fig. 6 zeigt eine Matrize 79.1 mit einer Vielzahl von Pressdurchlässen 79.2, welche sich über eine absolute Länge L79 der Matrize erstrecken.
Fig. 7, 8 zeigt jeweils Pressdurchlässe 79.2 , die jeweils einen ersten Abschnitt 79a und einen zweiten Abschnitt 79b aufweisen . Der jeweilige Pressdurchlass weist im ersten Abschnitt 79a einen konstanten D79 Durchmesser auf. Im zweiten Abschnitt 79b ist eine Konizität 79.3 vorgesehen.
Fig. 8 zeigt eine Ausgestaltung der Pressdurchlässe, bei welcher die Länge des ersten Abschnitts 79a jeweils maximal 20% der absoluten Länge L79 beträgt. Diese Geometrie ermöglicht ein sehr moderates Aufweiten.
Bezugszeichenliste:
1 Einsatzstoff/Rohstoff
1.1 Pellet, insbesondere hergestellt mittels Lochscheibenwalzenmühle
2 Ve rko ku n g s- H i If sstoff
3 Bindemittel
4 Brikettstrang
5 Pressling oder Kohlebrikett, insbesondere in Scheiben- bzw. Puck-Form
6 Pressling oder Koksbrikett, insbesondere in Scheiben- bzw. Puck-Form
10 Ofenvorrichtung, insbesondere Koksofen
10.1 Zuführeinheit
11 Ofenkammer
14 Messeinrichtung, insbesondere mit Temperatur- und/oder H20-Sensor
14.1 Temperatursensor
14.2 H20-Sensor
14.3 Drucksensor
15 Brikett-Trockner, insbesondere mit Dächertrocknereinheit
16 Eintrag System
17 Austrag System
19 Einrichtung zur Kokstrockenkühlung bzw. Trockenkühleinrichtung 20 Steuerungseinrichtung
70 Werkzeugvorrichtung
70.1 erste Agglomerationsstufe
70.2 zweite Agglomerationsstufe
71 Vortrockner
72 Kupplung zu Trockner
73 Einrichtung zum Verpressen bzw. Formkanalstempelpresse
73.1 Formkanal bzw. Venturi-Presskanal
73.2 Grundkörper
73.21 Temperierkanal (Kühl- oder Heizkanal)
73.3 Verschleißhülse
74 Führungsabschnitt
75 Preßstempel
76 Einlaufabschnitt, insbesondere erste Hülse
76a mittiger Abschnitt bzw. Hauptverengung, insbesondere zylindrisch 77 Auslaufabschnitt, insbesondere zweite Hülse
78 Matrize bzw. einzelner Formabschnitt des Formkanals 79 Lochscheibenwalzenmühle
79.1 Matrize
79.2 Pressdurchlass
79a erster Abschnitt des jeweiligen Pressdurchlasses 79b zweiter Abschnitt des jeweiligen Pressdurchlasses
79.3 Konizität
80 Kohlenutzungsanordnung
D5 Breite, insbesondere Durchmesser des Briketts
D79 Durchmesser des Pressdurchlasses h5 Höhe des Briketts
H Hublänge
E Stempeleintauchtiefe
L73 Länge der Formkanalverengung
L79 Länge des Pressdurchlasses
Δζ73 Höhe der Formkanalverengung
Q73 Querschnittsgeometrie des Formkanals

Claims

Patentansprüche
1. Werkzeugvorrichtung (70) zum Kompaktieren von festem, insbesondere kohlenstoffhaltigem Einsatzstoff zu Briketts, mit einer Einrichtung zum Verpressen des Einsatzstoffes,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Werkzeugvorrichtung eine erste Agglomerationsstufe (70.1) mit einer Lochscheibenwalzenmühle (79) umfasst, wobei die Einrichtung zum Verpressen eine Formkanalstempelpresse (73) mit wenigstens einem Pressstempel (75) und korrespondierendem Presskanal (73.1) aufweist und der Lochscheibenwalzenmühle als zweite Agglomerationsstufe (70.2) nachgeschaltet ist, wobei die Lochscheibenwalzenmühle (79) eine Matrize (79.1) mit einer Vielzahl von Pressdurchlässen (79.2) jeweils mit einem Durchmesser bis 6mm oder zwischen 1 und 6mm, insbesondere kleiner 3mm umfasst.
2. Werkzeugvorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch , wobei die Pressdurchlässe als zylindrische Pressdurchlässe ausgebildet sind, zumindest abschnittsweise, zumindest in einem ersten Abschnitt des jeweiligen Pressdurchlasses; und/oder wobei die Pressdurchlässe in wenigstens zwei Abschnitte unterteilt sind, umfassend einen ersten Abschnitt mit dem konstanten Durchmesser, und ferner umfassend einen zweiten Abschnitt mit einer Konizität, insbesondere einer sich aufweitenden Konizität, insbesondere einer sich auf den 1.5 bis 2fachen Durchmesser aufweitenden Konizität; und/oder wobei die Pressdurchlässe in wenigstens zwei Abschnitte unterteilt sind, umfassend einen ersten Abschnitt mit dem konstanten Durchmesser, welcher erste Abschnitt sich über maximal 20% der absoluten Länge des jeweiligen Pressdurchlasses erstreckt.
3. Werkzeugvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein/der Einlaufabschnitt (76) des Presskanals (73.1) in Vorschubrichtung kürzer ist als ein/der Auslaufabschnitt (77); und/oder wobei der Presskanal (73.1) einen konischen Einlaufabschnitt (76) und einen konischen Auslaufabschnitt (77) aufweist, wobei der Presskanal eine Querschnittsgeometrie mit entgegengesetzter Konizität aufweist.
4. Werkzeugvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Presskanal (73.1) zumindest abschnittsweise eine zylindrische Querschnittsgeometrie aufweist, insbesondere in Vorschubrichtung vor einem/dem konischen Einlaufabschnitt (76) und/oder hinter einem/dem konischen Auslaufabschnitt (77) und/oder zwischen dem Einlaufabschnitt und dem Auslaufabschnitt.
5. Werkzeugvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Presskanal einen mittigen Abschnitt (76a) zwischen einem/dem Einlauf- und Auslaufabschnitt (76, 77) mit davon abweichender Querschnittsgeometrie umfasst, insbesondere einen Abschnitt mit einheitlicher, bevorzugt zylindrischer Querschnittsgeometrie.
6. Werkzeugvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Presskanal (73.1) vollständig oder ein/der Einlaufabschnitt (76) und ein/der Auslaufabschnitt (77) des Presskanals jeweils aus einem einzigen Formteil gebildet ist/sind.
7. Werkzeugvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Werkzeugvorrichtung wenigstens eine der ersten Agglomerationsstufe vorgeschaltete Einrichtung zum Mahlen des Einsatzstoffes, insbesondere ein Backenbrecher, und wenigstens eine Einrichtung zum Trocknen des Einsatzstoffes, insbesondere auf <=20Ma% Wasser umfasst.
8. Verfahren zum Kompaktieren von festem, insbesondere kohlenstoffhaltigem Einsatzstoff aus der Gruppe: Braunkohle, schwachbackende Steinkohle, Biomasse, Petrolkoks, Petrolkohle; zu Briketts, umfassend ein Verpressen des Einsatzstoffes;
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Einsatzstoff zunächst in einer ersten Agglomerationsstufe mittels einer Lochscheibenwalzenmühle (79) zu Pellets pelletiert wird, und daraufhin in einer zweiten Agglomerationsstufe mittels einer Formkanalstempelpresse (73) mit wenigstens einem Pressstempel in einem Presskanal (73.1) entlang eines sich konisch verengenden Einlaufabschnittes (76) und eines sich konisch aufweitenden Auslaufabschnittes (77) zu Briketts verpresst wird, wobei der Einsatzstoff nach der ersten Agglomerationsstufe mit einer Größe zwischen 0.1 und 4mm oder zwischen 0.1 und 3mm bereitgestellt wird.
9. Kompaktierverfahren nach dem vorhergehenden Verfahrensanspruch , wobei das Verpressen bei Temperaturen im Bereich von 60 bis 95°C oder von 50 bis 90°C oder von 40 bis 80°C, insbesondere 55 bis 65°C erfolgt.
10. Kompaktierverfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, wobei der Einsatzstoff nach der ersten Agglomerationsstufe mit einer Größe kleiner 2mm bereitgestellt wird.
11. Kompaktierverfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, wobei der Einsatzstoff für die erste und/oder zweite Agglomerationsstufe mit einem Wassergehalt von 15 bis 60 Ma%, insbesondere 40 bis 60 Ma% bereitgestellt wird; wobei der Einsatzstoff beim Verpressen auf einen Wassergehalt von 5 bis 20 Ma%, insbesondere 10 bis 12 Ma%, insbesondere 11 Ma% gebracht wird, insbesondere bei Temperaturen im Bereich von 40 bis 70°C, insbesondere 50 bis 70°C, insbesondere 60°C.
12. Kompaktierverfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, wobei das Verpressen chargenweise zu jeweils einem Brikett binnen einer Zeitdauer von weniger als 15sek erfolgt, insbesondere weniger lOsek, insbesondere im Bereich von 3 bis 9 sek.
13. Kompaktierverfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, wobei das Verpressen bei Drücken von 120 bis 150 MPa, insbesondere bei 140 MPa erfolgt.
14. Kompaktierverfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, wobei dem Einsatzstoff vor oder während des Verpressens ein Bindemittel zugeführt wird, insbesondere ein Bindemittel aus der Gruppe:
Melasse, Sufitlauge, Sulfatlauge, Propanbitumen , Zellulose-Fasern, HSC-Rückstand, HSC-/ROSE- Mischrückstand.
15. Kompaktierverfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, wobei das Verpressen derart erfolgt, dass die in Koksbriketts umgewandelten Briketts vor und/oder nach der Verkokung eine
Druckfestigkeit >=20 MPa, insbesondere >=30 MPa aufweisen.
16. Kompaktierverfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, wobei vor dem Verpressen der Briketts zunächst eine Erwärmung und Trocknung des Einsatzstoffes auf 20 Ma% Wasser erfolgt, und daraufhin eine Erwärmung und Trocknung des zu Briketts verpressenden/verpressten Einsatzstoffes auf 11 Ma% Wasser, bevor die Briketts einer Ofenvorrichtung (10) zugeführt werden.
17. Verwendung einer Lochscheibenwalzenmühle (79) in Verbindung mit einer Formkanalstempelpresse (73) in einem zweistufigen Agglomerationsprozess zum Kompaktieren von wenigstens einem festen Einsatzstoff aus der Gruppe: Braunkohle, schwachbackende Steinkohle, Biomasse, Petrolkoks, Petrolkohle; zum Bereitstellen von Briketts, wobei die Lochscheibenwalzenmühle (79) eine Matrize (79.1) mit einer Vielzahl von Pressdurchlässen (79.2) jeweils mit einem Durchmesser bis 6mm, insbesondere kleiner 2mm umfasst, insbesondere Verwendung einer Formkanalstempelpresse mit sich zweifach entgegengesetzt verjüngendem Presskanal (73.1) zum Bereitstellen von insbesondere zylindrischen Briketts aus Pellets einer Lochscheibenwalzenmühle.
18. Verwendung einer Lochscheibenwalzenmühle (79) zum Pelletieren von wenigstens einem festen Einsatzstoff aus der Gruppe: Braunkohle, schwachbackende Steinkohle, Biomasse, Petrolkoks, Petrolkohle; zum Bereitstellen von Pellets zum Verpressen der Pellets zu Briketts in einer Formkanalstempelpresse (73), wobei die Lochscheibenwalzenmühle (79) eine Matrize (79.1) mit einer Vielzahl von Pressdurchlässen (79.2) jeweils mit einem Durchmesser bis 6mm, insbesondere kleiner 2mm umfasst.
19. Brikett (5) eingerichtet zur Verkokung in einer Ofenvorrichtung zur Herstellung von Koks, insbesondere zylindrisches Brikett;
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Brikett aus Einsatzstoff aus der Gruppe: Braunkohle, schwachbackende Steinkohle, Biomasse, Petrolkoks, Petrolkohle; besteht und eine Druckfestigkeit >=20 MPa, insbesondere >=30 MPa aufweist, wobei das Brikett durch eine erste Agglomerationsstufe (70.1) mit einer Lochscheibenwalzenmühle (79) und durch eine zweite Agglomerationsstufe (70.2) mit einer Formkanalstempelpresse (73) hergestellt wird, indem der Einsatzstoff nach der ersten Agglomerationsstufe mit einer Größe zwischen 0.1 und 4mm oder zwischen 0.1 und 3mm bereitgestellt wird.
20. Brikett nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Brikett eine zylindrische Geometrie mit Breite zu Höhe-Verhältnis von 1 bis 5, insbesondre 2 bis 3 aufweist, mit wenigstens einer Stirnseite geometrisch korrespondierend zu einer Stirnseite eines Pressstempels einer Formkanalstempelpresse.
21. Pellet eingerichtet zum Verpressen in einer Formkanalstempelpresse zum Bereitstellen eines Briketts (5) eingerichtet zur Verkokung in einer Ofenvorrichtung zur Herstellung von Koks, wobei das Pellet hergestellt ist durch Pelletieren von wenigstens einem festen Einsatzstoff aus der Gruppe: Braunkohle, schwachbackende Steinkohle, Biomasse, Petrolkoks, Petrolkohle; in einer Lochscheibenwalzenmühle (79), indem das Pellet mit einer Größe zwischen 0.1 und 4mm oder zwischen 0.1 und 3mm an der Formkanalstempelpresse bereitgestellt wird.
22. Brikett eingerichtet zur Verkokung in einer Ofenvorrichtung, insbesondere Brikett nach einem der vorhergehenden Ansprüche, hergestellt durch Pelletieren von wenigstens einem festen Einsatzstoff aus der Gruppe: Braunkohle, schwachbackende Steinkohle, Biomasse, Petrolkoks, Petrolkohle; in einer Lochscheibenwalzenmühle (79), indem der Einsatzstoff nach der ersten Agglomerationsstufe mit einer Größe zwischen 0.1 und 4mm oder zwischen 0.1 und 3mm bereitgestellt wird, und durch anschließendes Verpressen der erhaltenen Pellets zu insbesondere zylindrischen Briketts in einer Formkanalstempelpresse (73).
23. Kohlenutzungsanordnung (80), umfassend wenigstens eine Ofenvorrichtung (10) mit wenigstens einer Ofenkammer sowie wenigstens eine Werkzeugvorrichtung (60) nach einem der vorhergehenden
Werkzeugvorrichtungs-Ansprüche, wobei mittels der Werkzeugvorrichtung verpresste Briketts bevorzugt mit einem Wassergehalt von weniger als 15 Ma%, insbesondere im Bereich von 10 bis 12 Ma% verpresst und auf diesem Wassergehalt an der Ofenvorrichtung bereitgestellt werden, insbesondere an einem temperatur- und/oder feuchtegeregelten Brikett-Trockner stromauf von der Ofenkammer.
24. Verfahren zur Herstellung von Koksbriketts aus festem, insbesondere kohlenstoffhaltigem Einsatzstoff, umfassend sowohl das Kompaktieren des Einsatzstoffes zu Briketts nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche als auch das Herstellen der Koksbriketts in einer Ofenvorrichtung (10), wobei sowohl das Kompaktieren als auch das nachgeschaltete Trocknen in einem Brikett-Trockner (15) und/oder das Verkoken in einer jeweiligen Ofenkammer temperatur- und/oder feuchtegeregelt erfolgen.
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