DD220324A5 - Verfahren zur behandlung von braunkohle - Google Patents

Abstract

DIE ERFINDUNG BETRIFFT EIN VERFAHREN ZUR BEHANDLUNG VON BRAUNKOHLE. ES WIRD ANGEWANDT IN DER BRAUNKOHLENINDUSTRIE, INSBESONDERE BEI DER BRIKETTHERSTELLUNG. ZIEL DER ERFINDUNG IST DIE QUALITAETSVERBESSERUNG VON BRAUNKOHLE ZUR ERZIELUNG EINES HARTEN PRODUKTES MIT GERINGEM RESTWASSERGEHALT UND HOHEM KALORISCHEM WERT PRO MASSENEINHEIT. ERFINDUNGSGEMAESS WIRD DIE BRAUNKOHLE IN EINEM KNETER ODER MISCHER SCHERKRAEFTEN AUSGESETZT, UM EINE FEUCHTPLASTISCHE MASSE ZU PRODUZIEREN, DIE DURCH ANSCHLIESSENDE VERDICHTNG UND TROCKNUNG ZU EINEM BRENNSTOFF VON GESTEIGERTER DICHTE UND GESTEIGERTEM HEIZWERT UMGEWANDELT WIRD. DIE SCHERZERKLEINERUNG ERFOLGT OHNE WASSERZUSATZ ODER MIT EINEM WASSERZUSATZ UNTER 5%.

Description

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Berlin» den 19· 6_β 84 AP C 10 Β/260 137 1 63 574 18

Verfahren zur Behandlung von Braunkohle

An wen du η pa q eb± e t: der Erfindung '

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von Braunkohle, Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Qualitätsverbesserung von Braunkohle« Es wird angewandt in der Braunkohlenlndustrle, insbesondere bei der Brikettherstellung»

Charakteristik der bekannten techni^chert^L^ap^en

Unaufbereitete Braunkohlen weisen gewöhnlich einen Gesamt» feuchtigkeitsgehalt von mehr als 60 % auf,· im Rohzustand handelt es sich dabei um weiche_e bröckelige Materialien geringer Dichte und von sehr geringem Heizwert«,

Unter den bestehenden Verfahren stellt das Brikettieren eine weitverbreitete und seit langem etablierte Technologie zur Umwandlung von Braunkohle in einen Festbrennstoff von höherem Heizwert dar« Im allgemeinen beinhalten die Bearbeitungsverfahren das Trocknen der Rohkohle (mit einem ••förderfrischen" Wassergehalt von im allgemeinen Ober 55 %) durch den Einsatz von Wärmeenergie. Gewöhnlich wird ein Wassergehalt von 18 % als Optimum für das anschließende Brikettieren angestrebt. Die getrocknete Kohle wird nach dem Auskuhlen auf eine Temperatur von 40 bis 50 ⁰C in einer Strangpresse oder in einer Walzenbrikettiermaschine kompaktiert.

Bei diesem Verfahren ist zum Trocknen der Kohle ein erheb-

Xicher Wärmeeinsatz erforderlich« und der Brlkettierungevorgang ist mit beträchtlichem mechanischem Arbeltsaufwand und dementsprechend starkem Verschleiß verbunden» Mithin sind die Briketts - wenngleich sie auch einen hochwertigen Brenn« stoff darstellen - entsprechend kostenaufwendig in ihrer Herstellung·

Weiterhin bekannt ist die Sonnentrocknung von Braunkohle zwecks Herstellung eines Festproduktes mit einem Wassergehalt im Bereich von 5 bis 10 %, In diesem Verfahren wird Rohbraunkohle mit 20 bis 25 % zugesetztem Wasser in einer Kugelmühle über Zeitspannen von bis zu 16 Stunden hinweg vermählen· Der auf diese Weise erzeugte thixotrope Schlamm wird dann in flachen Teichen ausgebreitet« um Ihm mit Unterstützung der Sonnenenergie Wasser zu entziehen« Während des Trocknens wird der Schlamm hart« er nimmt ein dunkles Aussehen an und 1st gegenüber Wasser resistent (d· h· der Feststoff wird beim Zusammentreffen mit Flüesigwasser nicht wesentlich abgebaut)· Die Trocknungszeit variiert entsprechend den Witterungsbedingungen und kann dabei durchaus mehrere Monate in Anspruch nehmen« Dieses' Verfahren erbringt ein durchaus zufriedenstellendes Produkt« das Jedoch in seiner Qualität etwas unterschiedlich sein kann« Das Verfahren wird sowohl hinsichtlich der Vermahlungszeit als auch hinsichtlich des Ausbreitens des Schlammes in Sonnentrocknungsteichen in die Länge gezogen· Das zeitaufwendige Vermählen ist selbstverständlich energieintensiv· (

Ziel der Erfindung·

Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines verbesserten Verfahrens zur Umwandlung von Braunkohlen in eine harte» verhältnismäßig dichte Feststoffen» mit wesentlich geringerem Restwassergehalt und beträchtlich gesteigerte« kalorischem Wert pro Masseeinheit«

p._ia_irle_irqunfl_i,(Je_nS₁₁ Wesens der· Erfindung ,

Oer Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde* eine geeignete Behandlungsmethode« aufzufinden« mit der Braunkohle ohne zusätzliches Wasser zerkleinert und brikettiert werden kann«

Erfindungsgemäß wird die Braunkohle Scherkräften ausgesetzt« um eine feuchtplastische Masse zu produzieren, die in der Lage ist, durch anschließende Verdichtung und Trocknung zu einem Brennstoff von gesteigerter Dichte und gesteigertem

Heizwert umgewandelt zu werden« _:

" ,1

Erfindungsgemäß wird die Braunkohle der Scherzerkleinerung ' in einem Kneter oder Mischer ohne Wasserzusatz unterzogen« Dabei wird weniger als 5 % Wasser zugesetzt«

Insbesondere erfolgt erfindungsgemäß die Behandlung der Braunkohle in drei Schritten in der Weise« daß die Braunkohle in einem ersten Schritt Scherkräften ausgesetzt wird« um eine feuchtplastische Masse zu produzieren_e daß die genannte plastische Masse in einem zweiten Schritt verdichtet wird und daß die genannte verdichtete Masse in einem dritten Schritt getrocknet wird» um ein Trockenprodukt von gesteiger-

ter Dichte und gesteigertem Heizwert zu erzeugen«

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet wichtige Vorteile gegenüber existierenden Brikettierungs- und Sonnentrocknungsverfahren zur Qualitätsverbesserung von Braunkohle« Wie bereits bemerkt, weist Rohbraunkohle häufig einen Wassergehalt von mehr als 60 % auf, und ihr kalorischer Wert ist entsprechend niedrig« Im Gegensatz zu herkömmlichen Brikettierungsverfahren wird zur Beseitigung dieses Wassers im erfindungsgemäßen Verfahren keine zusätzlich zugeführte Energie benötigt« Im Gegensatz zum Sonnentrocknungsverfahren wird für das Reiben der förderfrischen Kohle kein zusätzliches Wasser benötigt; die für das Reiben benötigte Zeit wird von etwa 16 Stunden auf. etwa 3 bis 5 Stunden reduziert, und der abschließende Trocknungsschritt findet binnen 3 bis 5 Tagen anstatt über mehrere Monate hinweg (je nach den Witterungebedingungen) statt« Die alternativen Verfahren erweisen sich mithin als verhältnismäßig ineffizient und können sogar unwirtschaftlich sein«

Im Vergleich zu dem die Sonnentrocknung beinhaltenden Verfahren weist das erfindungsgemäße Verfahren (wie es sich in den nachfolgend beschriebenen Details darstellt) den zusätzlichen Vorteil auf, daß die erforderlichen Bearbeitungezeiten reduziert werden; damit einher geht eine Verringerung der Größe der Bearbeitungsanlage*

Bestimmte Aspekte der Erfindung sind in den beigefügten Abbildungen 1 und 2 veranschaulicht, auf die weiter unten im Detail eingegangen wird« '

In einem bevorzugten Aspekt vermittelt die vorliegende Erfindung ein Dreistufenverfahren, bestehend aus dem Zerkleinern oder Zerreiben« der.Kompaktlerung und dem Trocknen«

Xm Zerrelbungsschritt wird die Kohle grundsätzlich Scherkräften ausgesetzt - im Unterschied zum Zermahlen« Dies erfolgt durch Zerreiben in einer Misch- oder Knetmaschine oder in irgendeiner anderen Maschine» die imstande ist« weiche Substanzen eher durch Abscheren als durch Brech« oder SchleifWirkungen wirksam zu zerkleinern« >

Wie bereits weiter oben erwähnt₉ beinhaltet das Sonnenwärme-Trocknungsverfahren ein ausgedehntes Vermählen in einer Kugelmühle« Obwohl die Erfindung nicht durch irgendeinen postulierten oder theoretischen Mechanismus bezüglich der beobachteten Nutzeffekte des vorliegenden Verfahrens eingegrenzt werden soll» wird doch angenommen, daß es wesentlich ist, daß im ersten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens die primäre Feinstruktur der Kohle eher durch Scherzerkleinern als durch Abschleifen zerkleinert wird· Die Zerreibzeiten können bis auf 1 bis 1,5 Stunden gegenüber den bis zu 16 Stunden Vermahlungszeit im Sonnentrocknungeverfahren verringert werden, und dementsprechend stark reduziert ist der Energieaufwand« Das aus diesem Verfahrensschritt hervorgehende Produkt 1st eine feuchte plastische Masse« Während des Zerreibens ist wenig oder kein Zusatzwasser erforderlich; der natürliche Wassergehalt der Kohle reicht normalerweise aus« Der darauffolgende Wasserentzug ist daher minimiert«

Im zweiten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die feuchtplastische Masse der zerkleinerten Kohle korapak-

tiert_e beispielsweise durch Strangpressen zu Pellets vermittels eines Extruders oder einer ähnlichen Kompaktierungsvorrichtung« Dies hat den Vorteil der Herstellung eines für ein wirksames Trocknen und für einen effizienten Umschlag besen« ders geeigneten Produktes« Durch das Kompaktieren werden darüber hinaus die Teilchen des Schlammes offenbar in größere Nähe gezwungen, was wiederum Verbesserungen hinsichtlich ihrer Bindung und Kohärenz bietet·

Im dritten Schritt des erfindungsgsmäßen Verfahrens werden die stranggepreßten Pellets vorzugsweise bei oder nahe Umgebungstemperatur getrocknet; hierbei wird vorzugsweise ein genügend starker Luftstrom eingesetzt, um bei der Abführung des sich entwickelnden Wasserdampfes Unterstützung zu geben« (Siehe Abbildung 2 hinsichtlich der Veränderungen verschiedener Eigenschaften beim Trocknen«) Auf diese Weise gewährleistet die Kontrolle der Wasserverlustrate sowie der Temperatur« daß die Bindung innerhalb des Pellets gleichmäßig ist und daß es zu keinerlei Zonen mangelhafter Festigkeit auf Grund ungleichmäßiger Schrumpfung kommt« Die Brechfestigkeit der resultierenden trockenen Pellets ist hoch und übertritt häufig jene konventionell hergestellter Briketts« Im Gegensatz hierzu resultiert der SonnentrocknungsprozeS häufig in beträchtlicher Schrumpfrißbildung sowie in Zonen mangelnder Festigkeit bei verhältnismäßig niedriger physikalischer Leistung des Endproduktes»

Die im Verlauf von Untersuchungen zur Verdichtung von Braunkohle gesammelten Informationen lassen zu der Auffassung gelangen« daß es zu einer eindeutigen chemischen Bindung

zwecke Verknüpfung der durch Zerreibung hergestellten Kohlefragmentθ kommt, so daß das endgültige Material in seinen Eigenschaften im wesentlichen isotrop und durch und durch gleichmäßig hart ist« Das Verknöpfen von Flächen aneinandergrenzender Kohlefragmente durch Brückenbindung bietet einen kraftvollen Schrumpfmechanismus«

Weiter unten Im Detail ausgeführt» besteht die Auffassung, daß die Brückenbindung zwischen Kohleflächen davon abhängt, daß frisch gespaltene Flächen hochreaktiver phenolischer Arten aufeinander einwirken« wobei diese während des AnIag.erns an die Matrix der Kohlen-Polymerstruktur vermittels chemischer Bindungen noch die Fähigkeit besitzen« eine oder mehrere neue chemische Bindungen zu kleinen Oberbrückungs« molekülen zu bilden« welche die Lucken zwischen den Kohleteilchen überspannen«

Es wird angenommen« daß die Flächen frisch gebildet sein sollten und daß sie sich in engem Abstand zueinander befinden sollten« da reaktive Arten nicht brückenbildenden Reaktionen mit der Zeit wahrscheinlich verlorengehen« Eine hohe Konzentration von reaktiven Arten in der Originalkohle ist eindeutig von Vorteil« da eine hohe Konzentration im System kleiner Moleküle in der Lage ist« Oberbrückungsstrukturen zu bilden«

Wenn auch die gegenwärtige Vorstellung von der Verdichtungsreaktion noch nicht von der Notwendigkeit ausgeht« daß sich irgendwelche Kohlefeststoffe in dem in der plastischen Masse gebildeten wäßrigen Medium auflösen müssen« so ist dieses Medium nichtsdestoweniger notwendig im Sinne des Erleichterns der Brückenbindungsbildung, bei welcher ein sich in wäßriger Lösung befindliches kleines Molekül wie etwa Kohlendioxid chemische Bindungen zu reaktiven Punkten auf jeder der art-

grenzenden Kohleflächen bildet« Im allgemeinen gilt« daß es sich bei den im Verdichtungsprozeß nützlichen Zusatzstoffen um Stoffe handelt, die in jener wäßrigen Phase aufgelöst sind« in welcher die Kohleteilchen dispergiert vorliegen«

Entsprechend der obigen Hypothese erfordert eine gute Verdichtungsbindung eine hohe Konzentration reaktiver phenolischer Spezies als Teil der Kohlestruktur, womit es folglich zu Variationen der Wirksamkeit jener Bindung in Abhängigkeit vom Ursprung der Kohle sowie von den in jeder Kohleablagerung vorhandenen Lithotypen komme«

Zur Entwicklung der Hypothese hinsichtlich des Bindungsmechanismus haben unter anderem die folgenden Beobachtungen geführt·

(1) Obereinstimmende und hauptsächliche Variationen der Festigkeit der verdichteten Kohle sind mit der Lithotyp-Variation von einer Kohleablagerung sowie mit Kohlen aus verschiedenen Ablagerungen beobachtet worden, womit Zusammensetzungsunterechiede als in bezug auf den Bindungsmechanismus kritisch anzusehen sind (siehe Bild 1)·

(2) Der irreversible Charakter des Verdichtungsprozesses wie auch die Widerstandsfähigkeit des Produktes gegenüber der Einwirkung von Wasser weisen darauf hin« daß weniger eine physikalische Wechselwirkung zwischen den Kohlepartikeln als vielmehr die Bildung kovalenter Bindungen,für den Obergang verantwortlich ist« Die Empfänglichkeit des verdichteten Produktes gegenüber Lösungsmittelextraktion ist

stark reduziert, und die Natur des Extraktes ist ebenso wie die flüchtigen Substanzen der Hochtemperaturpyrolyse verändert. Diese Beobachtungen deuten ebenfalls auf eine starke kovalente Bindung zwischen den Kohlepartikeln hin«

(3) Die Beobachtungen weisen darauf hin, daß sich molekulare Spezies in der Kohlenstruktur mit einer natürlichen Säureionisation - typischerweise von Phenolen und/oder Karbonsäuren am Bindungsprozeß beteiligen* Die Reaktivität kovalenter Bindungen in derartigen Spezies hängt generell vom Ionisationszustand der sauren Gruppen ab, welcher wiederum durch steigende Azidität des Mediums verringert'wird und umgekehrt·

(4) Während der Plastifizierung der wäßrigen Phase zugesetztes Natriumkarbonat steigert in starkem Maße die Festigkeit des verdichteten Produktes und dies speziell im Falle jener Kohlen« die allein verhältnismäßig schwache Produkte liefern (siehe weiter unten).

Bruchfestigkeit von Kohlepellets ohne und mit 0,4 % Na₃CO₃-

Zustatz _{< ;} ,, J₁₁₁₁ /_if .. -„„,..,

Ohne Mit

M Pa

Loy Yang Kohle 2,8 +,0,4 7,9 +, 0,3

Madingley Kohle ,24_β3 +, 2»8 37,7 £ 2,0

Die Wirkung rührt nicht vom pH-Wert allein her, da das Zusetzen von Natriumhydroxid nur einen geringen Nutzeffekt hat. Das Karbonation (oder Kohlendioxid in der Lösung) scheint eine ausschlaggebende Rolle bei dem Bindungsvorgang zu spielen·

(5) Feinverteiltes Magnesiumkarbonat ist als Zusatzstoff trotz seiner vergleichsweisen Unlöslichkeit außerordentlich wirkungsvoll« In diesem Falle scheinen sowohl Magnesium·» als auch Karbonationen beteiligt zu sein« Calciumkarbonat und/oder Magnesiumkarbonat sind ebenfalls wirkungsvolle Zusatzstoffe für eine Steigerung der Pelletfestigkeit«

Bruchfestigkeit von MadingXey-Kohlepelleta ohne und mit 5 %

Ohne Mit

M Pa 24,3*2,8 37,2 ± 2,0

(6) Harnstoff in kleinen Konzentrationen verbessert die Bin-, dungsfestigkeit beträchtlich; dies erweist sich speziell bei jenen Kohlen als vorteilhaft» die normalerweise weniger wir» kungsvoll verdichten« Beispielsweise zeigt Loy Yang mitteldunkle Kohle eine Bruchfestigkeit von 5«3 ± O_e5 MPa bei nicht eingesetztem Additiv; dieser Wert erhöht sich'auf ⁸»6 ± i*^{7 MP}® bei Zusatz von 5 % Harnstoff - eine Steigerung von 62 % gegenüber dem Originalwert« Der Nutzeffekt von organischen Additiven scheint auf kleine Moleküle des Karbonyl-Typs begrenzt zu sein; viele andere geprüfte Typen erbrachten gegenteilige Effekte*

(7) Das Ausmaß der Größenverringerung bestimmte die Festigkeit des verdichteten Produktes; maximale Festigkeit wurde nur dann erreicht» wenn das Zerreiben über das Stadium der ersten Plastifizierung hinaus fortgesetzt wurde (siehe unten)«, . . '.

_iB_iruc_ihf_ie3t_iiqk_ieit:_{iii i} von, ,,aus , Nar racan^Kohle hergeat el.lten Pellets

Knetzeit (Stunden) 3 4 5 Bruchfestigkeit MPa 19,0 £ 3,5 30,0 ± 2«2 35_f8 Jh 1,8

Kleine Teilchen und zahlreiche frisch gespaltene Oberflächen sind daher von hauptsächlicher Bedeutung· Höhere Strangpreßdrücke scheinen einen wesentlichen Nutzeffekt auszuüben» was auf die Bedeutung eines engen Kontaktes der zerriebenen Kohlepartikel für eine gute Bindungswirkung hinweist« (Siehe Abb« 1)·

Die obigen Beobachtungen deuten zwingend darauf hin« daß reaktive Molekölspezies in den frisch exponierten Kohleflächen an der Bildung von kovalenten Brückenbindungen zwischen Kohieteilchen beteiligt sind,, Polyhydroxyphenole und dabei speziell jene mit Meta-Anordnung der Hydroxylgruppe (Resorcinol β Phloroglucinol) weisen die erforderliche niedrige Temperaturreaktivität gegenüber elektrophilen Substitutionsreaktionen auf« Die Reaktivität 1st pH-abhängig und nimmt zu« wenn der pH-Wert mit der Umwandlung der phenolischen Hydroxyle zur ionischen Form ansteigt* Die Polyhydroxyphenole sind imstande^ mit Kohlendioxid zu reagieren_β wobei dieses Molekül beim Substituieren in den aromatischen Ring als eine einfache Karbonyl-Verbindung funktioniert« Die Reaktion mit Formaldehyd erfolgt in ähnlicher Weise.

Befinden sich Kohleoberflächen _t die an das molekulare Kohleskelett angelagerte Polyhydroxyphenole enthalten, in enger Nine zueinander sowie in einem wäßrigen Medium _t dann wird eine Brückenbindung durch die Carbonyl-Verbindung möglich und bietet damit einen wirksamen Bindungsmechanismus

zur Erklärung der beobachteten Merkmale des Verfahrens·

OH HO

Il

OH

OH

OH HO

Il

OH HO

H,

OH

In ι Anwesenheit von zweiwertigen Kationen wie z* B, Mg wird eine weitere Bindung mit elektrostatischem Charakter möglich« zum Beispiel

OH HO

OH

	θ ι	Ig^ ©	ioj
	0"*'
O
	\ Γ» „		OH
OH	0

Die Brückenbildung wird nun durch die zweite Form von Bindung verstärkt»

Die Brückenbindung überträgt insofern ein Maß an Flexibilität auf das System» als sich angrenzende Kohleoberflächen miteinander verbinden« ohne dabei die extrem enge Nähe zu erreichen» die für eine direkte Bindung erforderlich ist«

Es geht eindeutig hervor» daß die vorliegende Erfindung, nicht auf die obige hypothetische Diskussion begrenzt ist, welche lediglich die derzeitige Auffassung hinsichtlich der wahrscheinlichsten Mechanismen zum Ausdruck bringt« Die Nutzanwendungen der Erfindung werden sich aus der Befolgung der darin enthaltenen praktischen Anleitungen ergeben, wobei den Fachleuten klar wirdi daß es unter dem Einfluß neuer Erkenntnisse zu einer Modifikation der unterlegten Theorie kommen kann, ohne daß damit in irgendeiner Weise vom Verdienst der vorliegenden Erfindung abgerückt wird»

In einer bevorzugten erfindungsgemäßen Verkörperung wird im ersten Schritt Rohbraunkohle mit einem förderfrischen Wassergehalt von einigen 60 % einem Zerreibungsvorgang in einer Misch« oder Knetmaschine oder «vorrichtung oder aber in einer anderen Vorrichtung ausgesetzt, welche in der Lage ist, die Kohle eher durch Scherzerkleinerung als durch anderweitige Mechanismen zu zerkleinern* In einigen Fällen

kann es sich als notwendig erweisen« bis zu etwa 5 % Wasser zuzusetzen₈ um den Zerreibungsprozeß zu erleichtern; im Falle von frisch geförderter Kohle ist dies indes im allgemeinen nicht erforderlich» Das wesentliche Merkmal dieses Stadiums besteht darin, daß die MikroStruktur der Kohle Scherbeanspruchungen ausgesetzt wird» Typisch ist dies beispielsweise im Falle.eines Sigma-Mischers« Derartige Beanspruchungen können in einem engen Spalt zwischen den Wänden des Mischers und den rotierenden Paddeln erzeugt werden« Wie bereits erwähnt, wird vom Zerreißen der MikroStruktur angenommen« daß dies zahlreiche neue Oberflächen freilegt, welche reaktive Bestandteile (wie etwa Phenole) enthaltene die in der Lage sind» unter Umgebungsbedingungen neue kova« lente Bindungen zu bilden« Der Zerreibevorgang wird darüber hinaus in der Zerkleinerung der Kohle zu Feinteilchen resultieren^ welche in der Lage sind, sich noch enger aneinander anzulagern« wodurch die Entwicklung von Bindungen zwischen den Teilchen ermöglicht wird^

Unter den Bedingungen der durch Scherkräfte bewerkstelligten TeilchengröSenreduzierung wird eine Kontamination der neu gespaltenen Oberflächen minimiert, und die Oberflächen bewahren sich so eine maximale Aktivität hinsichtlich der Bildung neuer Bindungen, Im Gegensatz hierzu kann es bei einer Teilchengrößenverminderung vermittels Reibung gegen« ober Stahl (oder eine andere schleifende Oberfläche) zu schwerwiegender Kontamination der frisch exponierten Kohleflächen und zu einem "Oberschmieren" der aufgebrochenen Kohlenstruktur kommen« Entsprechend wird die Reaktivität der Oberflächen konstant reduziert, wenn die Abschleifein-

,; - is -

wirkung über längere Zeitspannen hinweg anhält«

Die Zerkleinerung der MikroStruktur der Rohkohle setzt offensichtlich Wasser frei, das ursprünglich in den Poren enthalten war; die Entwicklung einer Flüssigwasserphase ist nach etwa 1 bis IiS Stunden Zerreibungseinwirkung beobachtet worden« Zu diesem Zeitpunkt nimmt die ursprünglich trockene (dem Aussehen nach) und zerreibliche Kohlte die Form einer plastischen Masse an. Man kann darüber hinaus beobachten« daß diese Veränderung von einem nennenswerten Temperaturanstieg (bis zu 20 ⁰C) begleitet ist. Der größte Teil dieses Anstiegs mag exothermischen chemischen Reaktionen zugerechnet werden» die möglicherweise atmosphärischen Sauerstoff und/oder Kohlendioxid einbeziehen« Der Temperaturanstieg resultiert in einem gewissen Wasserverlust durch Evaporation sowie in Kondensation an benachbarten kühlen Oberflächen,,

Der erste Verfahrensschritt kann als vollendet angesehen werden, wenn das Zerreiben lange genug vorgenommen wurde« um eine feinverteilte, glatte, feuchtplastische Masse zu ergeben,, die das Herstellen einer verfestigten Kohle der geforderten Festigkeit ermöglicht» Der zweite Verfahrensschritt beinhaltet die Korapaktierung der feuchtplastischen Masse unter Bildung kleiner Pellets« In Versuchen wurde eine Quantität einer derartigen Masse durch ein Polyraerrohr von 10 mm Durchmesser hindurchgepreßt» welches einer Kolbenkörpervorrichtung angeschlossen war, wobei jedoch auch jede andere geeignete Strangpreß- oder Kompaktierungsvorrichtung eingesetzt werden kann« Es sind lediglich verhältnismäßig bescheidene Extrusionsdrücke erforderlich, da es nicht die Aufgabe dieses Verfahrensschrittes ist, Flüssigwasser zu

beseitigen! vielmehr besteht die Aufgabe darin, das plastische Material in eine passende physikalische« d. h_e zylindrische Form zu bringen und die Fläche-zu^Fläche-Packung sowie die Nähe der Partikel in der plastischen Masse zueinander zu verbessern.

In diesem Zusammenhang sei angemerkt _t daß höhere Strangpreßdrücke (erzeugt in einer Vorrichtung mit einer beträchtlich engeren öffnung) eine gewissen Bindung der Kohle aneinander entstehen lassen* wenn die Kohle noch in der Strangpresse ist« Die resultierende stranggepreßte Masse ist beträchtlich härter und von geringerem Wassergehalt als normal, da ein Teil des Wassers nunmehr in eine separate Phase überführt worden ist. Die höheren Drücke zwängen die Kohlepartikel vermutlich ausreichend eng aneinander» um das Entstehen einer Brückenbindung zwischen den einander nahen Kohleflächen zu ermöglichen. Derartige höhere Drücke können unter Umständen vorteilhaft sein, bei denen im stranggepreßten Material eine verhältnismäßig hohe Anfangsfestigkeit gefordert wird·

Es ist wünschenswert« die plastifizierte Kohle gleich nach dem Abnehmen von der Mischmaschine zu extrudieren« da es sonst zu beträchtlichen Verhärtungen kommen kann. Wird der Wasserverlust minimiert und die plastische Masse kühl gehalten, kann dann indes das Märten beträchtlich verzögert werden»

Oer stranggepreßte Kohlezylinder kann in passende Längen zer-

schnitten werden, um ihn für den nächsten kontrollierten Trocknungsschritt vorzubereiten.

Der verhältnismäßig kurze Zeitmaßstab des Pellet-Trocknungs-Verfahrens (in welchem Wasser aus der unterteilten Masse abgeführt wird) im Vergleich zur Sonnentrocknung einer großen Materialmasse dürfte zu einer vorteilhaften Verringerung des Gesamturafanges der erforderlichen Anlage führen«

Nach dem Trocknen hat das Produkt ein gleichmäßig gläsernes Aussehen ohne sichtbare Schrumpfrißbildung· Seine Brechfestigkeit ist relativ hoch und kann jene gepreßter Braunkohlebriketts beträchtlich übertreffen«

Steigen die Temperaturen während des Trocknens zu sehr an, d. h· steigen sie beträchtlich über die Umgebungstemperatur an, dann kommt es vor, daß das Binden um geeignete Kerne herum rasch vonstatten geht und sich harte Bereiche bilden· Der in der Mitte zwischen derartigen Bereichen liegende Raum neigt dann dazu, weniger Material abzubekommen, und bei fortschreitendem Wasserverlust entwickeln sich in diesen Regionen Schrumpfrisse· Die Folge davon ist eine geringe Bruchfestigkeit,

Andererseits kommt es unter den Bedingungen eines verhältnismäßig langsamen Aushärtens und langsamen Wasserverlustes zu einer sich gleichmäßig entwickelnden Bindung, wobei eine Schrumpfung des gesamten Preßlings stattfindet«

Wir würden erwarten, daß sich das Material für ein Aufschütten auf Halden eignet, ohne daß ernsthafte Selbsterhitzungs-

oder Stauberscheinungen zu befürchten sind* wodurch sich die Brauchbarkeit des Materials als Brennstoff weiter verbessert»

Braunkohlen sind häufig durch niedrige Aschegehalte gekennzeichnet ι entsprechend wird das verdichtete Produkt einen verhältnismäßig geringen Gehalt en anorganischen Bestandteilen aufweisen. Das verdichtete Produkt ist daher ein brauchbares und wertvolles Ausgangsmaterial für die durch Pyrolyse erfolgende Produktion von außerordentlich konzentriertem Koks und granulierter Aktivkohle«

Die Erfindung wird nachstehend an einem Beispiel näher erläuterte . · "· ' , ':

In 4er beigelegten Abb_e 2 veranschaulichen drei grafische Darstellungen in einer quantitativen Weise* wie durch das erfindungsgemäße Verfahren bestimmte physikalisch-mechanische Charakteristika/Eigenschaften in dem qualltitsaufgebesserten Produkt erzielt werden«, - ' ^;

Bei diesen Charakteri©tika/Eigenschaften handelt es sich

ums ...... ' ' · *.· '" * ·

(i) den prozentualen Masseverlust (Waeserverlust) (ii) die prozentuale Volumenabnahme (iii) die Bruchfestigkeit«

Braunkohleproben wurden aus der Narracan-Ablagerung im Latrobe-Tali Victoria_e Australien^ gewonnen« Experimentelle Men-

> - ' , "'

gen von 400 g dieser bekannten Kohle, die aus einer weitaus größeren homogenisierten Quantität abgenommen worden waren» wurden einer Zerreibung in einer Knetmaschine Ober 5 Stunden hinweg ausgesetzt, um eine glatte feuchtplastische Masse zu erzeugen· Die relativen Geschwindigkeiten der zwei sich in Gegenrichtung drehenden Paddel des Kneters standen zueinander im Verhältnis von 3 t 2; zwischen den Rührpaddeln und der Mischerwandung bestand ein Freiraum in der Größenordnung von 1 ram* Der Mischer wurde von einem O,5-PS-Motor betrieben· Die produzierte Masse wurde extrudiert und in passende Längen geschnitten, von denen einige bei Umgebungstemperatur an der atmosphärischen Luft stehengelassen wurden, während die übrigen Preßlinge in einem Luftstrom eines benachbarten Gebläses getrocknet wurden· Öle oben erwähnten Charakteristik ka/Eigenechaften wurden in häufigen Intervallen gemessen« Öle Ergebnisse sind in Abb« 2 dargestellt·

Es sollte bemerkt werden, daß es zu einem raschen spontanen Wasserverlust - von mehr als 80 % des enthaltenen Wassers in ruhender Luft - nach lediglich 24 Stunden kommt« Die Wasserabgabegeschwindigkeit ist noch sehr viel größer, wenn bewegte Luft den entstehenden Wasserdampf abführt·

Die Bruchfestigkeit entwickelt sich in ruhender Luft etwas langsamer und erreicht nach 5 bis 6 Tagen ein Maximum«

Das Volumen nimmt mit etwa der gleichen Rate ab, mit der die Bruchfestigkeit zunimmt·

Oas Trocknen in bewegter Luft steigert die Geschwindigkeit der Festigkeitsentwicklung in den Preßlingen erheblich·

Das erfindungsgetnäße Trocknungs« und Verdichtungsverfahren ist an verschiedenen Braunkohlen (verschiedener Lithotypen) von den Morwell-,, Loy Yang«· und Narracan»Ablagerungen im Latrpbe»Tal₈ Victoria sowie auch von der Madingley-Ablagerung in Bacchus Marsh in Victoria erfolgreich angewendet worden«

Weitere zweckdienliche Anwendungen des neuartigen Produktes der Erfindung werden sich dem Fachmann erschließen*

-^N 24 -

Abbildung. l

Coal B (ex Morwell) compressive strength (M⁶Pa) Low pressure extrusion High pressure extrusion

r pale

- light

- medium light

- medium dark

M Lt

M. Ok;

Coal A (ex Loyang) lithotype

Abbildung 2

Kohle B (aus Morwell) Druckfestigkeit (M*Pa) Niederdruck-Strangpressen Hochdruck-Strangpressen

Pa	blaß
Lt	hell
MLt	mittelhell
M Dk	raitteldunkel
Dk	dunkel
Kohle A (	aus Loyang
Lithotyp

normal air drying forced air drying decrease in weight hours

decrease in volume crush strength Normalluf 11 rocknung Zwangsbelüftungstrocknung Masseabnahme

Stunden

Völumenabnahme

Bruchfestigkeit

Claims (11)

- 21 -. ' E11Pf ,1 ,nd u ng.sa n.sp, r u Ch1 ti

1« Verfahren zur Behandlung von Braunkohle, gekennzeichnet dadurch, daß die genannte Kohle Scherkräften ausgesetzt wird, um eine feuchtplastische Masse zu produzieren, die in der Lage ist, durch anschließende Verdichtung und Trocknung zu einem Brennstoff von gesteigerter Dichte und gesteigertem Heizwert umgewandelt zu werden·

2· Verfahren nach Punkt I₁ gekennzeichnet dadurch, daß die Braunkohle der Scherzerkleinerung in einem Kneter oder Mischer ohne Wasserzusatz unterzogen wird«

3« Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Braunkohle der Scherzerkleinerung in einem Kneter oder Mischer mit weniger als 5 % Wasserzusatz unterzogen wird·

4. Verfahren zur Qualitätsverbesserung von Braunkohle, gekennzeichnet dadurch, daß die Braunkohle in einem ersten Schritt Scherkräften ausgesetzt wird, um eine feuchtplastische Masse zu produzieren, daß die genannte plastische Masse in einem zweiten Schritt verdichtet wird und daß die genannte verdichtete Masse in einem dritten Schritt getrocknet wird, um ein Trockenprodukt von gesteigerter Dichte und gesteigertem Heizwert zu erzeugen«

5« Verfahren nach Punkt 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Braunkohle der Scherzerkleinerung in einem Kneter oder Mischer ohne Wasserzusatz unterzogen wird«

6* Verfahren nach Punkt 4, gekennzeichnet dadurch, daß die

Braunkohle der Scherzerkleinerung in einem Kneter oder Mischer mit weniger als 5 % Wasserbesatz unterzogen wird·

7. Verfahren nach Punkt 4, gekennzeichnet dadurch» daß der Verdichtungsschritt durch Strangpressen der plastischen Masse erfolgt*

8# Verfahren nach Punkt 4, gekennzeichnet dadurch, daß der Trocknungsschritt bei oder nahe bei Umgebungstemperatur vollzogen wird«

9» Verfahren zur Qualitätsverbesserung von Rohbraunkohle, gekennzeichnet dadurch« daß es sich aus folgenden Schritten zusammensetzt*

Ca) Aussetzen der Braunkohle gegenöber Scherkräften, um eine feuchtplastische Masse zu erzeugen;

(b) Koropaktieren der genannten plastischen Masse zwecks Erzeugung einer kompakten Masse sowie Unterteilung der genannten verdichteten Masse zwecks Erleichterung der anschließenden Trocknung,·

(c) Trocknung des Produktes von Schritt (b) bei oder nahe bei Umgebungstemperatur, um ein Trockenprodukt von gesteigerter'Dichte und gesteigertem Heizwert im Vergleich zur Rohbraunkohle zu produzieren«

10« Verfahren nach Punkt 9, gekennzeichnet dadurch, daß Schritt (a) in einem Kneter oder Mischer ohne Wasserzusatz oder mit weniger als 5 % Wasserzusatz vollzogen

wird; Schritt (b) durch Strangpressen der plastischen Masse sowie Zerschneiden des Preßstranges in passende Längen realisiert wird; und Schritt (c) vermittels lang« earner Luftbewegung über dem Produkt von Schritt (b) erfolgt«

11* Produkt, gekennzeichnet dadurch, daß es sich um das Produkt eines Verfahrens nach irgendeinem der vorstehenden ^y , Punkte handelt.