DE102004048559A1

DE102004048559A1 - Process for wet pelleting carbon dust to pellets

Info

Publication number: DE102004048559A1
Application number: DE102004048559A
Authority: DE
Inventors: Saulo Henrique Freitas Seabra Da Rocha
Original assignee: Hungeling Stephan Dipl-Kfm
Current assignee: Hungeling Stephan Dipl-Kfm
Priority date: 2004-10-04
Filing date: 2004-10-04
Publication date: 2006-04-06
Also published as: WO2006037304A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Nasspelletieren von Kohlenstoffstaub unter Zugabe einer wässrigen Lösung und Stärke als Bindemittel zu Pellets (S3, S4). Um die bei bekannten Verfahren dieser Art einschlägigen Nachteile, wie z. B. eine komplexe Herstellungsweise auf Grund der Verwendung mehrerer Bindemittel, den Zusatz schädlicher Aromaten sowie einen hohen Energieverbrauch, zu verhindern, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die wässrige Lösung durch Zugabe eines basischen Additivs basisch auszubilden.The invention relates to a method for wet pelleting carbon dust with the addition of an aqueous solution and starch as a binder to pellets (S3, S4). To the relevant in known methods of this type disadvantages such. As a complex method of preparation due to the use of multiple binders, the addition of harmful aromatics and high energy consumption to prevent is proposed according to the invention to form the aqueous solution basic by adding a basic additive.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Nasspelletieren von Kohlenstoffstaub unter Zugabe einer wässrigen Lösung und Stärke als Bindemittel zu Pellets.The The invention relates to a method for wet pelleting carbon dust with the addition of an aqueous solution and strength as a binder to pellets.

Ein derartiges Verfahren ist z.B. aus der Europäischen Patentanmeldung EP 0 097 486 A2 bekannt. Bei dem dort offenbarten Pelletierungsverfahren wird feinkörniges Kohlenstoffmaterial unter Zugabe eines ersten und eines zweiten Bindemittels pelletiert. Bei dem ersten Bindemittel handelt es sich um wasserlösliches oder quellfähiges, unter Wärmeeinwirkung aushärtendes Material, während es sich bei dem zweiten Bindemittel um eine wässrige Emulsion von schwerem Hydrocarbon handelt. Bei dem in der Druckschrift beschriebenen Verfahren werden die beiden Bindemittel getrennt von einander in der Weise dem Pelletierungsprozess zugeführt, dass die Konzentration des ersten Bindemittels in dem Pellet von innen nach außen abnimmt und dass die Konzentration des zweiten Bindemittels in dem Pellet von außen nach innen abnimmt. Auf diese Weise stellt sich ein gegenläufiger Konzentrationsgradient der beiden Bindemittel in dem Pellet ein, wodurch insbesondere eine große Härte der Pellets erzielt wird.Such a method is for example from the European patent application EP 0 097 486 A2 known. In the pelletizing process disclosed therein, fine-grained carbon material is pelletized by adding a first and a second binder. The first binder is a water-soluble or swellable thermosetting material, while the second binder is an aqueous emulsion of heavy hydrocarbon. In the method described in the document, the two binders are separately fed to the pelleting process in such a manner that the concentration of the first binder in the pellet decreases from inside to outside and the concentration of the second binder in the pellet decreases from outside to inside , In this way, an opposite concentration gradient of the two binders in the pellet, whereby in particular a high hardness of the pellets is achieved.

Dem aus der genannten Europäischen Patentanmeldung bekannten Pelletierungsverfahren haftet jedoch der Nachteil an, dass es insofern relativ aufwändig ist, als dass nicht nur ein, sondern zwei Bindemittel vorgesehen sind, welche unabhängig voneinander in unterschiedlicher Weise dem Pelletierungsprozess zugeführt werden müssen.the from the said European However, patent application known pelletization adheres to the Disadvantage of that it is relatively complex insofar as that not only one, but two binders are provided, which are independent of each other be supplied in different ways to the pelletizing process have to.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein bekanntes Verfahren zum Nasspelletieren von Kohlenstoffstaub dahingehend weiterzubilden, dass es verfahrenstechnisch vereinfacht wird.outgoing from this prior art, the invention is the object of Basically, a known method for wet pelleting carbon dust to further develop it so that it simplifies procedurally becomes.

Diese Aufgabe wird durch das in Patentanspruch 1 beanspruchte Verfahren gelöst. Das dort beanspruchte Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass eine während des Vorgangs des Nasspelletierens zugeführte wässrige Lösung aus Wasser und einem basischen Additiv gebildet wird.These The object is achieved by the method claimed in claim 1 solved. The method claimed there is characterized in that one during aqueous solution of water and a basic one supplied to the process of wet pelleting Additive is formed.

Die durch das Wasser und das basische Additiv gebildete basische Lösung bewirkt eine Aktivierung der Stärke in der Weise, dass sich eine chemische Bindung zwischen aktivierten Stär kemolekülen und den Kohlenstaubpartikeln in Form sogenannter Cross-Links bildet. Darüber hinaus werden die Kohlenstaubpartikel während des Pelletierungsprozesses durch die Kapillarkraft des Wasser zusammengehalten. Beide Kräfte bzw. Bindungen bewirken den Zusammenhalt des Kohlenstoffstaubs in Form der Pellets. Vorteilhafterweise ist deshalb für die Herstellung der Pellets keine Zufuhr von schädlichen automatischen Verbindungen wie z.B. Pech, Erdöl oder Kohle erforderlich. Ein weiterer Vorteil des beanspruchten Verfahrens ist darin zu sehen, dass es lediglich die Zufuhr eines Bindemittels, nämlich der Stärke vorsieht. Die Zufuhr weiterer Bindemittel ist deshalb vorteilhafterweise entbehrlich, wodurch das Verfahren vereinfacht wird.The caused by the water and the basic additive formed basic solution an activation of strength in the way that activates a chemical bond between Starch molecules and forms the coal dust particles in the form of so-called cross-links. About that In addition, the coal dust particles become during the pelleting process held together by the capillary force of the water. Both forces or Bindings cause the cohesion of carbon dust in the form the pellets. Advantageously, therefore, for the production of the pellets no intake of harmful automatic connections such as e.g. Pitch, oil or coal required. Another advantage of the claimed method is to be seen in that it provides only the supply of a binder, namely the starch. The supply of further binders is therefore advantageously unnecessary, whereby the process is simplified.

Weil die Staubpartikel bei dem erfindungsgemäßen Verfahren durch die bereits erwähnte Kapillarkraft des Wassers bzw. der basischen Lösung automatisch gebunden werden, ist ein Pressen zum Herstellen der Pellets nicht erforderlich. Weil das Pressen entfällt kann die ansonsten für das Pressen erforderliche Energie zur Herstellung der Pellets bei dem vorliegenden Verfahren eingespart werden.Because the dust particles in the inventive method by the already mentioned Capillary force of the water or alkaline solution, a pressing to produce the pellets is not required. Because the pressing is omitted can the otherwise for the pressing energy required to produce the pellets in the This method can be saved.

Die durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten Pellets weisen keine Kanten auf, wie sie ansonsten von Pellets bekannt sind, welche durch Pressen generiert werden. Das Fehlen der Kanten hat den Vorteil, dass die Pellets auch bei einem Abrieb nicht stauben, d.h. insbesondere bei Ihrer Handhabung staubfrei bleiben; so vermindert das Fehlen der Kanten gleichzeitig potentielle Materialverluste. Neben der Staubfreiheit bieten die erfindungsgemäß hergestellten Pellets den Vorteil einer höheren Druckfestigkeit bzw. Härte im Vergleich zu auf andere Weise hergestellten Pellets. Außerdem weisen die erfindungsgemäßen Pellets eine höhere Energiedichte auf, die ebenfalls durch das beanspruchte Herstellungsverfahren bedingt ist. Diese höhere Energiedichte führt vorteilhafterweise beim Verbraucher zu einer Kostenreduktion und zu einer geringeren logistischen Belastung beim Inverkehrbringen der Pellets, was sich wiederum positiv auf die Umwelt auswirkt.The produced by the method according to the invention Pellets have no edges, as otherwise known from pellets are, which are generated by pressing. The absence of the edges has the advantage that the pellets do not dust even when rubbed off, i.e. stay dust-free especially when handling; so diminished the lack of edges at the same time potential material losses. Next the absence of dust offer the pellets produced according to the invention Advantage of a higher pressure resistance or hardness compared to pellets produced in other ways. In addition, show the pellets of the invention a higher one Energy density, which also by the claimed manufacturing process is conditional. This higher Energy density leads advantageously at the consumer for a cost reduction and to a lower logistical burden on placing on the market pellets, which in turn has a positive effect on the environment.

Schließlich bieten die erfindungsgemäß hergestellten Pellets den Vorteil, dass sie im Wesentlichen ohne eine Freisetzung von Rauch oder Gerüchen abbrennen.Finally offer the inventively prepared Pellets have the advantage of being essentially without a release from smoke or odors burn down.

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet weiterhin den Vorteil, dass es für seine Durchführung unerheblich ist, aus welchen Ausgangsstoffen der Kohlenstoffstaub gewonnen wird. Vorteilhafterweise kann dieser Kohlenstoffstaub aus einer Vielzahl unterschiedlicher organischer Ausgangsstoffe gewonnen werden. Diese große Vielfalt an möglichen Ausgangsstoffen bietet zum einen den Vorteil, dass ein Versorgungsengpass sowohl auf Lieferanten- als auch auf Abnehmerseite unwahrscheinlich wird. Für solche Ausgangsstoffe, die normalerweise kostenaufwendig recycelt oder entsorgt werden müssten, stellt die erwähnte Umwandlung in Kohlenstoffstaub und dessen erfindungsgemäße Umwandlung in Pellets eine willkommene Möglichkeit zum Recyceln dar; insbesondere für Biomasse, d.h. z.B. Abfälle aus der Land- und Forstwirtschaft, bietet das beanspruchte Verfahren eine willkommene Recyclingmöglichkeit.The inventive method further has the advantage that it is irrelevant for its implementation, from which starting materials, the carbon dust is recovered. Advantageously, this carbon dust can be obtained from a variety of different organic starting materials. On the one hand, this large variety of possible raw materials offers the advantage that a supply bottleneck on both the supplier and the customer side becomes unlikely. For such starting materials, which would normally be costly to recycle or dispose of, is the mentioned conversion to carbon dust and its conversion into pellets according to the invention is a welcome possibility for recycling; In particular for biomass, ie waste from agriculture and forestry, the claimed process offers a welcome recycling option.

Wenn Biomasse für die Gewinnung des Kohlenstaubs verwendet wird, ist es empfehlenswert, diese zunächst zu entgasen und anschließend auf eine für die Pelletierung geeignete vorbestimmte Korngröße zu zerkleinern. Insbesondere durch die Entgasung wird die Energiedichte der aus der Biomasse resultierenden Pellets vorteilhafterweise weiter erhöht.If Biomass for the extraction of coal dust is used, it is recommended this first to degas and then on one for to pellet the pellets of suitable predetermined grain size. Especially By degassing, the energy density of the biomass resulting pellets advantageously further increased.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass die Art und Weise sowie die Reihenfolge in welcher die verschiedenen Einsatzstoffe der Pellets, insbesondere der Kohlenstoffstaub, das Wasser, das basische Additiv und das Bindemittel während des Prozesses der Nasspelletierung zusammengeführt werden, bei dem erfindungsgemäßen Verfahren beliebig sein kann.One Another advantage of the method according to the invention is that the way and the order in which the different feedstocks the pellets, especially the carbon dust, the water, the basic additive and the binder during the process of wet pelleting together be in the inventive method can be arbitrary.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.Further advantageous embodiments of the method are the subject of Dependent claims.

Es folgt eine detaillierte Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens in Form verschiedener Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf eine einzige der Beschreibung beigefügte Figur.It follows a detailed description of the method according to the invention in the form of various embodiments with reference to a single figure attached to the description.

Die Figur veranschaulicht das erfindungsgemäße Verfahren zum Pelletieren von möglichst hochwertigem Kohlenstoffstaub.The FIG. 1 illustrates the method according to the invention for pelleting from as possible high quality carbon dust.

In einem ersten Verfahrensschtitt S1 wird ein geeigneter Ausgangsstoff zur Gewinnung des Kohlenstoffstaubs gemäß Verfahrensschritt S2 bereitgestellt. Der Kohlenstoffstaub kann aus einer Vielzahl von Ausgangsstoffen, wie z.B. Petrolkoks, Koks, Anthrazitkohle, Braunkohle, Holzkohle, Torf oder Biomasse gewonnen werden. Als Biomasse kommen z.B. Stroh, Bagasse, Heu, Laub, Wurzeln, Schilf, Essensreste, Müllkoks, Sägespäne, Rinde oder Algen etc. in Frage. Zur Gewinnung von Kohlenstoff aus Biomasse ist es in Schritt S2 erforderlich, dass die Biomasse zunächst in einem Schatt-, Dreh- oder Herdofen entgast wird. Nach ihrer Entgasung hält die Biomasse eine höhere Kohlenstoffdichte bei verringerter Wasser- und Sauerstoffdichte vor. Das körnige Ergebnis des Entgasungsprozesses wird nachfolgend zerkleinert und/oder gesiebt, bis ein Kohlenstoffstaub mit einer Körnung von beispielsweise weniger als 2 mm gewonnen wird.In a first Verfahrensschtitt S1 is a suitable starting material for obtaining the carbon dust according to method step S2. The carbon dust can be made from a variety of raw materials, such as. Petroleum coke, coke, anthracite coal, lignite, charcoal, Peat or biomass are recovered. As biomass come e.g. Straw, Bagasse, hay, leaves, roots, reeds, scraps of food, waste coke, Sawdust, bark or algae etc. in question. For the production of carbon from biomass it is necessary in step S2 that the biomass is first in a shadow, turn or stove oven is degassed. After degassing Hold the Biomass a higher Carbon density with reduced water and oxygen density in front. The grainy Result of the degassing process is subsequently comminuted and / or sieved, to a carbon dust with a grain size of, for example, less than 2 mm is obtained.

Der gewonnene Kohlenstoffstaub wird dann mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens in Schritt S3 pelletiert. Die Pelletierung erfolgt mit Hilfe einer bekannten Pelletiervorrichtung, z.B. auf einem Pelletierteller, auf einem Pelletierkegel oder in einer Pelletiertrommel. Erfindungsgemäß wird dem Kohlenstoffstaub während des Pelletiervorganges kein mineralisches Additiv oder schädlicher Steinkohlenteerpech, sondern ausschließlich Stärke als Bindemittel zugeführt, siehe Schritt S4. Als Stärke wird vorzugsweise Tapioka, ein Produkt aus Maniok, verwendet.Of the recovered carbon dust is then using the method of the invention pelleted in step S3. The pelleting is done with the help of a known pelleting device, e.g. on a pellet dish, on a pelleting cone or in a pelletizing drum. According to the invention is the Carbon dust during the pelleting process no mineral additive or harmful Coal tar pitch, but solely starch supplied as a binder, see Step S4. As a strength For example, tapioca, a product of manioc, is preferably used.

Neben der Stärke wird eine basische Lösung, bestehend aus Wasser und einem basischen Additiv, beispielsweise Natriumhydroxyd (NaOH) zugeführt, siehe Schritte S3, S4. Es setzt dann unmittelbar nach dem Zuführen der genannten Einsatzstoffe, d.h. des kohlenstoffhaltigen Staubes, der Stärke und der basischen Lösung, eine chemische Reaktion ein, welche insbesondere eine Aktivierung der Stärke in der Weise bewirkt, das diese eine Bindung in Form so genannter Cross-Links zu den Staubpartikeln aufbaut. Darüber hinaus werden die Staubpartikel durch die Kapillarkraft des Wassers bzw. der basische Lösung zusammengehalten. Auf Grund der beschriebenen Bindungskräfte ist ein Pressen und ein damit verbundener Energieaufwand bei dem erfindungsgemäßen Verfahren entbehrlich.Next the strength becomes a basic solution consisting of water and a basic additive, for example Supplied sodium hydroxide (NaOH), see steps S3, S4. It then sets immediately after feeding the mentioned feedstocks, i. of carbonaceous dust that Strength and the basic solution, a chemical reaction, which in particular an activation the strength in the way this causes a bond in the form of so-called Builds cross-links to the dust particles. In addition, the dust particles held together by the capillary force of the water or the basic solution. Due to the binding forces described is a pressing and a associated energy expenditure in the inventive method dispensable.

Die beschriebenen chemischen Reaktionen bzw. Bindungskräfte sind wesentlich für die Erfindung. Ihre Entstehung ist jedoch unabhängig von der Reihenfolge und der Art und Weise wie die genannten Einsatzstoffe während des Pelletierungsprozesses auf bzw. in der Pelletiervorrichtung zusammengeführt werden. So ist es für das Entstehen der genannten chemischen Bindungskräften und damit für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht erheblich, ob der Kohlenstoffstaub zunächst mit der Stärke gemischt wird, dann in bzw. auf der Pelletiervorrichtung gedreht und anschließend die Lösung hinzugegeben wird. Alternativ könnte der Kohlenstoffstaub zunächst mit der Stärke und dem basischen Additiv zusammen gemischt und dann auf die Pelletiervorrichtung gegeben werden, um dann anschließend während des Drehens der Pelletiervorrichtung Wasser hinzuzugeben. Als dritte Alternative wäre es auch denkbar, das der Kohlenstoffstaub auf der Pelletiervorrichtung gedreht und zeitlich parallel dazu eine Stärkesuspension und eine basische Lösung zugegeben würde. Wenn auch die Reihenfolge in welcher die einzelnen Einsatzstoffe zusammengemischt werden, unerheb lich ist, so bleibt doch die Notwendigkeit gegeben, dass alle genannten Einsatzstoffe tatsächlich auch verwendet werden; anders ausgedrückt: Keiner der Einsatzstoffe ist entbehrlich.The described chemical reactions or binding forces essential for The invention. Their emergence is however independent of the order and the way in which the said ingredients are used during the Pelletierungsprozesses be merged on or in the pelleting device. So it is for the emergence of said chemical bonding forces and with it for the execution the method according to the invention not significant, whether the carbon dust first mixed with the starch is then rotated in or on the pelletizer and then the solution is added. Alternatively could the carbon dust first with the strength and the basic additive together and then onto the pelletizer and then subsequently while rotating the pelletizer Add water. As a third alternative, it would also be conceivable that the Carbon dust on the pelletizer rotated and timed parallel to a starch suspension and a basic solution would be added. If also the order in which the individual starting materials mixed together, is irrelevant, but the necessity remains given that all of the above-mentioned starting materials are actually used; in other words: None of the starting materials is dispensable.

Auf Grund der zugesetzten Stärke gehen die durch den Pelletierungsprozess erzeugten Produkte, d.h. die Pellets, nach ihrer Pelletierung leicht auf, was ihre runde Form begünstigt. Nach der Pelletierung in Schritt S3 werden die Pellets in Verfahrensschritt S5 getrocknet, wahlweise natürlich oder maschinell, so dass sie weiter aushärten. Die getrockneten Pellets haben die Form einer schwarzen Kugel.Due to the added starch, the products produced by the pelleting process, ie the pellets, easily go on pelleting, which their round shape favors. After pelleting in step S3, the pellets are dried in step S5, optionally natural or by machine, so that they continue to cure. The dried pellets have the shape of a black ball.

Nachfolgend werden drei Ausführungsbeispiele für das erfindungsgemäße Verfahren näher beschrieben:
In einem ersten Ausführungsbeispiel werden 500 g Braunkohlekoksstaub, dessen Körnung zu 90 % unter 0,5 mm liegt, mit 15 g Tapioka gemischt und in bzw. auf einen Pelletierteller gegeben. Auf den Pelletierteller mit einem Durchmesser von 40 cm und einer Winkeleinstellung von 45° wird dann bei einer Umdrehung von ca. 10 Umdrehungen pro Minute langsam eine 3-prozentige NaOH-Lösung zu der beschriebenen Mischung hinzugegossen.Three exemplary embodiments of the method according to the invention are described in more detail below:
In a first embodiment, 500 g lignite coal dust, the grain size of which is 90% less than 0.5 mm, mixed with 15 g of tapioca and placed in or on a pelletizing. On the pelletizing plate with a diameter of 40 cm and an angle setting of 45 °, a 3% NaOH solution is then added slowly to the described mixture at a rotation of about 10 revolutions per minute.

In einem zweiten Ausführungsbeispiel werden zu 500 g Holzkohlestaub, dessen Körnung zu 90 % kleiner ist als 0,1 mm, 15 g Tapioka und 10 g Natriumhydroxid (NaOH) gemischt und auf einen Pelletierteller gegeben. Auf dem Pelletierteller, welcher vorzugsweise genauso ausgebildet ist, wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel, wird bei einer Umdrehung von ca. 10 Umdrehungen pro Minute des Pelletiertellers, langsam Wasser hinzugegossen.In a second embodiment become 500 g charcoal dust, whose grain size is 90% smaller than 0.1 mm, 15 g tapioca and 10 g sodium hydroxide (NaOH) mixed and placed on a pelletizing plate. On the pelletizing plate, which preferably is formed as in the first embodiment, is at a Rotation of about 10 revolutions per minute of the pelletizing plate, slowly add water.

Gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel werden 500 g Baumrindekohlestaub, dessen Körnung zu 90 % unter 0,1 mm ist, auf einen Pelletierteller gegeben. Auf den Pelletierteller mit einem Durchmesser von 40 cm werden bei einer Winkeleinstellung von 45° und bei einer Umdrehung von ca. 10 Umdrehungen pro Minute langsam eine 3-prozentige NaOH-Lösung und eine 5-prozentige Tapioka-Suspension gegossen.According to one third embodiment 500 g of bark carbon dust, whose grain size is 90% less than 0.1 mm is placed on a pelletizing plate. On the pelletizing plate with a diameter of 40 cm will be at an angle adjustment from 45 ° and slowly at a revolution of about 10 revolutions per minute 3% NaOH solution and poured a 5% tapioca suspension.

Für alle drei Ausführungsbeispiele gilt: Durch die Kapillarkraft zwischen den Staubpartikeln und dem Wasser werden kugelförmige Agglomerate in Form der Pellets aufgebaut. Durch die Reaktion der Stärke mit der Natronlauge und die anschließende Trocknung werden die kugelförmigen Pellets hart.For all three embodiments applies: Due to the capillary force between the dust particles and the Water becomes spherical Agglomerates constructed in the form of pellets. By the reaction of the starch with the caustic soda and the subsequent drying are the spherical Hard pellets.

Claims

Method for wet pelleting carbon dust with addition of an aqueous solution and starch as a binder to pellets (S3, S4); characterized in that the aqueous solution is formed from water and a basic additive.

Method according to claim 1, characterized in that that the basic additive is sodium hydroxide (NaOH) is.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the binder starch is tapioca is.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the carbon dust before wet pelleting from raw materials, e.g. Petroleum coke, coke, anthracite coal, Lignite, charcoal, peat or biomass is obtained (S 1, S2).

Method according to claim 4, characterized in that that the biomass for the purpose of obtaining the carbon dust first degassed and then on one for the pelletizing is comminuted or sieved to a suitable predetermined grain size (S2).

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the starting materials of the pellets, in particular the carbon dust, the water, the basic additive and the binder, in any way and order during the process of wet pelletizing together become.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that generated by the wet pelletizing Then pellets (S4) be dried (S5).