DE1771160B - Verfahren zur Herstellung von Koks-Formkörpern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Koks-Formkörpern aus einem Gemisch aus kohlenstoffhaltigem Material und einer relaüv geringen Menge an einem Plastifizierungsmittel, bei welchem das Gemisch vorerwärmt, anschließend unter Druck und bei erhöhter Temperatur brikettiert wird und schließlich die erhaltenen Briketts verkokt werden.

Es ist bekannt, beispielsweise aus der französischen Patentschrift 1 105 772 in Verbindung mit der britischen Patentschrift 648 539, Kohle in Mischung mit einem Plastifizierungsmittel zu brikettieren und die erhaltenen Briketts zu verkoken. Es ist ferner bekannt, beispielsweise aus der britischen Patentschrift 654, Petrolkoks mit einem Plastifizierungsmittel zu behandeln. Nach den bekannten Verfahren ist es nicht möglich, für metallurgische Zwecke geeignete Koks-Formkörper praktisch gleichmäßiger Größe und Festigkeit, genau einstellbarer Porosität und Dichte und mit geringem Aschegehalt herzustellen.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, das die Herstellung von Koks-Fonnkörpern der geschilderten Art auf kontinuierlichem Wege und in kürzerer Zeit als der bekannte »Nebenproduktkoks« zu seiner Herstellung erfordert gestattet.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren der eingangs geschilderten Art, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß

1. zunächst ein Gemisch aus 15 bis 85 Teilen backender Kohle mit einem Gehalt von mindestens 15% an flüchtigen Bestandteilen, 85 bis 15 Teilen nicht calciniertem Petrolkoks mit einem Gehalt an flüchtigen Bestandteilen, mit Ausnahme von Wasser, von 8 bis 20%, der durch Verkoken eines schwer zu verflüssigenden Kohlenwasserstoffes hergestellt wurde, und, bezogen auf das Gewicht der Kohle und des Petrolkokses, 1 bis 8, vorzugsweise 2 bis 6, Teilen eines Plastifizierungsmittels, welches bei einer Temperatur unterhalb 254° C praktisch weder verdampfbar noch thermisch zersetzbar ist, hergestellt wird, wobei gilt, daß der durchschnittliche Gesamtgehalt der Kohle und des Petrolkokses an

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flüchtigen Bestandteilen 2O°/o nicht überschrei- niedrigen Temperaturen von etwa 260 bis 538^C C tet, daß erfolgen kann. Hierbei ist vorsichtig vorzugehen, da-2. anschließend das Plastifizierungsmittel zumin- mit keine Oxydation auftritt und der Gehalt an flüchdest teilweise mit der Kohle und dem Petrolkoks ^Ιιψ. ^S _t ^toffe_ⁿ *<** auf einen Wert unterhalb der anverschmolzen wird, indem das Gemisch nicht ⁵ 8^{e uh},^rten Bereiche herabgesetzt wird. Vorzugswe_lSe langer als 15 Min in einer praktisch inerten *?ⁿ.?^ie.^{ses Mat}5"J "¹J¹" ^La8^e ψ*' ^ein spater in Atmosphäre auf eine Temperatur von mindestens Verbindung mtt der Prüfung auf den Gehalt an 149°C und höchstens 260°C, d.h. auf eine »gen Stoffen noch naher erläutertes »Korn« zu

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dem Vermischen mit dem P,astinzierungsmittel, J- ^™^ ^™οΐϊ^η£ erwärmt wira, aais _{drigeiii mittleren und hohen Gehalts an} flüchtigen

3. danach das noch im plastischen Zustand und Stoffen handeln kann.

auf einer Temperatur zwischen 149 und 260° C ₁₅ Die Erfindung wird im folgenden an Hand des in befindliche Gemisch in einer praktisch inerten der Zeichnung dargestellten Fließschemas näher verAtmosphäre bei einem Druck oberhalb anschaulicht.

35,2kg/cm² zu Formkörpera mit einer schein- Gemäß der Fig. 1 sind die teilchenförmigen Ausbaren Dichte von mindestens 0,85 g/cm³ und gangsmaterialien typischerweise in getrennten Tricheiner Porosität von höchstens 37% verpreßt _ao ternl, 2 und 3 gespeichert und werden mittels gewird, und daß steuerter Förderer in den gewünschten Mengenver-

4. schließlich die erhaltenen Formkörper in einer hältnissen gemischt Erforderlichenfalls können die praktisch inerten Atmosphäre bei gleichmäßiger ^ln «^ Trichtern befindlichen Materialien entwas-Aufheizgeschwindigkeit bei einer Temperatur *^ert oder teilweise getrocknet sein. Falls das Mavon 538 bis 1093° C verkokt werden. ^a* £na ^t ausrechend trocken ,st, wird es bzw das

Gemisch vor dem Einfuhren in eine Mahlanlage 5 zunächst in einen Trommeltrockner 4 eingeführt. In der

Dem Gemisch aus Kohle und Petrolkoks können Mahlanlage 5 werden die Ausgangsmaterialien bzw. auch kleinere Mengen von bis zu etwa 25 Gewichts- das Gemisch zerquetscht, gemahlen oder zerrieben Prozent, bezogen auf das gesamte teilchenförmige 3o und hierbei unter zusätzlichem Vermischen auf eine Gemisch, an inerten sich während des Verkokungs- Teilchengröße von unter 3,2 mm gebracht. Selbstververfahrens im wesentlichen nicht verschmelzenden ständlich kann die Teilchengröße jedoch auch gröber Stoffen zugesetzt werden, beispielsweise Anthrazit, oder femer sein als die angegebene. Zur Begrenzung Koksgrus calcinierter Petroleumkoks oder schlecht bzw. Einstellung der Größe des in den folgenden verschmelzender oder oxydierter Petrolkoks oder auch 35 Verfahrensschritten verarbeiteten teilchenförmigen bei der folgenden Verwendung des Kokses zu redu- Materials kann ein Sieb 6 vorgesehen sein. Eine Verzierende Erze Von wesentlicher Bedeutung für eine mahlung auf außergewöhnlicn kleine Teilchengrößen, erfolgreiche Durchführung des Verfahrens gemäß bei welchen beispielsweise das gesamte Material eine der Erfindung ist die Mitverwendung von Plastifi- Teilchengröße von kleiner als 0,044 mm oder die zierungsmittel(n) das bzw die verschiedene Auf- 40 Hälfte des Materials eine Teilchengröße voü kleiner gaben erfüllen kann (können), in erster Linie aber als 0,074 mm besitzt, wird im allgemeinen vermieden, zum Erweichen der teilchenförmigen Ausgangsma- da dies für die Erzielung optimaler Ergebnisse nicht teriaUen und zur Herabsetzung der Temperaturen die- erforderlich und im allgemeinen nur unnötig kostnen, bei welchen die aktiven teilchenförmigen Haupt- spielig ist. Genauer gesagt, wird hierdurch kein zubestandteile verpreßt bzw brikettiert werden können, 45 sätzliches Ergebnis erzielt, sondern erhöht dies nur um Roh-Formkörper mit für die Weiterverarbeitung die Verarbeitungskosten und kann dies zu Formund die anschließende Endverwendung nach dem körpern führen, welche in unerwünschtem Ausmaß Verkoken ausreichender Festigkeit zu bilden. »staubig« sind.

Der als Ausgangsmaterial verwendete nicht calci- Vor der Zugabe des Plastifizierungsmittels werden

nierte Rohkoks ist vorzugsweise durch »verzögerte 50 die Teilchen bei einer Temperatur von oberhalb etwa Verkokung« hergestellt, indem ein schwerer Erdöl- 149° C, zweckmäßigerweise zwischen etwa 160 unc Kohlenwasserstoff auf einen Gehalt an flüchtigen etwa 260° C und vorzugsweise zwischen etwa 171 unc Stoffen, ausschließlich Wasser, von etwa 8 bis 2O°/o 232° C, jedoch unterhalb der Temperatur, bei wel- und vorzugsweise von 11 bis lo^/o verkokt wird. Der eher die Teilchen zusammenschmelzen oder -backen erfindungsgemäß verwendbare Robkoks kann allge- 55 konditioniert. Gemäß Fig. 1 erfolgt die Erwärmung mein aus dem Rückstand der thermischen Crackung der Teilchen auf die gewünschte Temperatur im we oder Verkokung von Erdöl-Kohlenwasserstoffen, sentlichen in einem (heißen) Inertgasstrom, beispiels Crack-Asphalten, Destillationsasphalt, Kohlenteer- weise in einem Förderrohr 8, nachdem die Teilchei pech, Holzteerpech u.dgl. bestehen. Wie erwähnt, durch einen Fallschacht 7, einen Gewichtsförderer 7, ist jedoch ein besonders brauchbarer und bevorzugter 60 und ein Abschlußventil 7 b hindurchgelangt sind. Di Rohkoks ein in einer Verzögerungs-Verkokungsan- für das Einschluß-Heizsystem erforderliche Wärm lage gewonnener Petrolkoks. Wenn der Petrolkoks wird durch die Verbrennung des m einem durci einen Gehalt an flüchtigen Stoffen von mehr als etwa einen Mischer 10 gelieferten Luft-Gas-Gemische 20°/o besitzt, kann er unter gesteuerten Bedingungen, enthaltenen Gases in einer Kammer 9 geliefert Di bei denen eine lokale Überhitzung zu vermeiden ist, 65 erwännten Teilchen werden dann in einem Zyklc zwecks Herabsetzung seines Gehalts an flüchtigen nenabscheider 11 von den heißen Gasen getrenn Stoffen auf einen Wert innerhalb der angegebenen Die gewünschte Konditioniertemperatur, bei welche Bereiche erwärmt werden, was bei vergleichsweise jedoch kein Verschmelzen auftritt, kann in beliebi

langer Zeitspanne erreicht werden, und zwar je nach der Arbeitsgeschwindigkeit oder den zur Verfügung stehenden Ausrüstungen in einer kurzen oder längeren Zeitspanne. Die Teilchen können auch in der Mahlanlage 5 entweder vollständig oder teilweise oder auf verschiedenartige andere Weise erwärmt werden, vorausgesetzt, daß eine inerte Atmosphäre aufrechterhalten wird oder ein Inertgassystem vorgesehen ist, um eine übermäßige Oxydation zu vermeiden, die im allgemeinen für die Verschmelzbarkeit der Teilchen und die Festigkeit des Endprodukts nachteilig ist.

Der Zyklonenabscheider 11 besitzt zweckmäßigerweise einen hohen Abscheidungs-Wirkungsgrad von mehr als etwa 95%. Die abgeschiedenen Feststoffe werden zu einem Mischer 17 gefördert, wo sie mit dem Plastifizierungsmittel vermischt werden, während die Abgase und die restlichen eingeschlossenen !'einteiligen Stoffe vom Zyklonenabscheider 11 an einen anderen Ort abgeleitet werden. Beispielsweise können sie in das Verfahren zurückgeführt werden, und zwar über einen zweiten Zyklonenabscheider 12 mit einem Wirkungsgrad von 5O°/o (für die Abtrennung der restlichen feinteiligen Stoffe von den Abgasen). Ein Teil der restlichen feinteiligen Stoffe vom Zyklonenabscheider 12 wird dann zum Mischer 17 geführt, während ein anderer Teil zusammen mit den rückgeführten Abgasen zur Verbrennungskammer 9 rückgeführt wird. Ein Teil der vom Zyklonenabscheider 12 kommenden Gase wird zur Temperatursteuerung der Heizgase zur Verbrennungskammer 9 zurückgeleitet, während das Überschußgas vom Zyklonenabscheider 12 zur Außenluft abgeleitet wird. Alle in den zur Außenluft abgeleiteten Abgasen enthaltenen Feinteilchen können verbrannt oder nach dem Abkühlen in einer Beutelfilterkammer gesammelt werden.

Die erwärmten Teilchen vom Zyklonenabscheider 11 sowie ein Teil der Teilchen vom Zyklonenabscheider 12 werden, wie erwähnt, typischerweise zu einem kontinuierlich arbeitenden Mischer 17, wie einer Schlagmühle oder einer kontinuierlich arbeitenden Läufermühle, überfuhrt. Aus der F i g. 1 geht hervor, daß die in den Mischer 17 eintretenden Teilchen erwärmt sind. Die Veilchen werden im Mischer 17 mit einem von einem Behälter 13 (für das Plastifizierungsmittel) gelieferten Plastifizierungsmittel vermischt, dessen Temperatur im Behälter auf einem solchen Wert gehalten wird, daß es eine ausreichend geringe Viskosität besitzt, ohne dabei jedoch zu sieden oder sich zu zersetzen. Entweder kann der Behälter oder unmittelbar das sich in diesem befindende Plastifizierungsmittel erwärmt werden, was beispielsweise mittels einer elektrischen Heizeinrichtung 14 oder mittels Heißöl oder Dampf erfolgen kann. Eine Dosierpumpe 15 kann zur Steuerung des Mengenverhältnisses des zum Mischer 17 geförderten und mit den erwärmten Teilchen zu vermischenden Plastifizierungsmittels innerhalb eines Bereichs von etwa 1 bis 8 und vorzugsweise etwa 2 bis 6 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht des in den Mischer 17 eintretenden Teilchenmaterials, verwendet werden. Dieser Mengenanteil des Plastifizierungsmittels läßt sich auch in Teilen auf hundert Teile des Teilchenmaterials ausdrucken. In den zum Mischer führenden Plastifizierungsmittel-Förderleitungen sind vorzugsweise zusätzliche Heizeinrichtungen 16 vorgesehen, mit deren Hilfe die Temperatur des Plastifizierungsmittels schnell auf den ungefähren Wert der Teilchenmaterialtemperatur angehoben werden kann. Das erwärmte Plastifizierungsmittel kann zweckmäßig im Mischer 17 auf die Teilchen aufgesprüht werden. Typischerweise wird der Mischer 17 ebenfalls beispielsweise durch Verbrennung von Natur- bzw. Erdgas in einer Kammer 18 und Ableitung des erwärmten Gases zu einem Heizmantel 19 erwärmt bzw. beheizt, so daß das Gemisch aus teilchenförmiger Kohle, teilchenförmigem Petrolkoks und Plastifizierungsmittel auf der für das Verpressen bzw. Brikettieren gewünschten Temperatur gehalten wird. Diese »erhöhte Temperatur« beträgt mindestens etwa 149° C, liegt jedoch unterhalb der Verschmelzungstemperatur des kohlenstoffhaltigen Feststoffs vor dem Vermischen desselben mit dem Plastifizierungsmittel. Das Plastifizierungsmittel und das teilchenförmige Material werden vorzugsweise innerhalb einer kurzen Zeitspanne von beispielsweise etwa 0,5 bis 10 Min.

•o schnell miteinander vermischt, während sie sich noch auf einer erhöhten Temperatur von oberhalb etwa 149° C befinden, wobei das Gemisch während dieser Zeitspanne verschmilzt bzw. plastisch wird. Das Gemisch wird dann vergossen oder beispiels-

»5 weise mit Hilfe einer Brikettpresse 20 verpreßt, bevor es durch entweder zeitabhängige oder temperaturbedingte Überhitzung in einen nichtplastischen Zustand versetzt wird. Die Verweilzeit, während der das Gemisch vor dem Verpressen auf maximaler Temperatur gehalten wird, ist im allgemeinen auf höchstens etwa 5 Min. begrenzt. (Typischerweise fließt das Material kontinuierlich durch den Mischer und wird ein Teil der Gesamt-Verweilzeit für die vollständige Durchführung des mechanischen Mischens benötigt; der Rest der Verweilzeitspanne ist für die Umsetzung oder Verschmelzung zwischen dem Plastifizierungsmittel, dem Rohkoks und der Kohle nötig, wobei diese Umsetzung im Mischer 17 und ebenso in einem Fülltrichter 20 a stattfindet, in welchen praktisch inerte bzw. oxidationsfreie Bedingungen aufrechterhalten werden.)

Beim Form- bzw. Verpreßvorgang kann der angewandte Druck je nach der Temperatur der zu verpressenden Teilchen, der Zusammensetzung des zu verarbeitenden Gemisches, der Art der angewandten Presse oder des betreffenden Formvorgangs usw. variiert werden.

Die gebildeten rohen Formkörper besitzen typischerweise eine scheinbare Dichte zwischen etwa 0,85 und etwa 1,25 g/cm³ sowie eine Porosität von etwa 8 bis 37%. Nach dem V&rpressen werden die heißen rohen Formkörper beispielsweise mittels eines Förderbandes 21, das typischerweise ebenfalls in einer inerten bzw. nichtoxydierenden Atmosphäre läuft, zu einer Verkokungsanlage 22 überführt, wo sie allmählich, jedoch ziemlich schnell, beispielsweise in 8 Stunden oder weniger, in praktisch inerter Atmosphäre derart, beispielsweise auf eine Temperatur von 538 bis 1093° C, erhitzt werden, daß ihr Gehalt an flüchtigen Stoffen gegenüber dem Rohzustand beträchtlich vermindert wird.

Bei der beschriebenen Arbeitsweise handelt es sich um die bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Andererseits kann das teilchenförmige Ausgangsmaterial vor dem Erwärmen zuerst mit dem Plastifizierungsmittel vennischt werden, statt vor dem Mischen mit dem Plastifizierungsmittel getrennt erwärmt zu werden. Das ganze Gemisch wird

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dann relativ rasch erwärmt, wobei sich das Plastifi- weder das Plastifizierungsmittel noch die aktiven zierungsmittel während des Erwärmens mit den teil- teilchenförmigen Materialien während des Verpreßchenförmigen Ausgangsmaterialien verbindet. Die- Vorgangs als alleiniges Bindemittel zu wirken, so ses Erwärmen kann zweckmäßig unter gleichzeitigem daß die Plastifizierungsmittel vor dem Formvorgang Mischen aller Materialien sowie während der Förde- 5 tatsächlich als Plastifizierungsmittel und weniger als rung der Stoffe zur Verpreßvorrichtung erfolgen. Bindemittel wirken. Die Plastifizierungsmittel kön-Während des Erwärmvorgangs wird das Gemisch auf nen jedoch während des Verkokungsvorgangs teileine Temperatur von mindestens etwa 149° C, je- weise oder weitgehend in Kohlenstoff umgewandelt doch unterhalb der Verschmelzungstemperatur der werden, so daß sie dann auch als Bindemittel Teilchen der Kohle und/oder des Petrolkokses, er- io wirken.

wärmt, worauf das erweichte, verschmolzene oder Andere mögliche und offensichtliche Verfahrensplastisch gewordene Gemisch brikettiert bzw. ver- abweichungen bestehen darin, das teilchenförmige preßt wird, während es sich noch auf einer Tem- Ausgangsmateria¹., und zwar entweder das aktive peratur von oberhalb etwa 149^C C befindet und oder das inerte Material, getrennt vom Plastifiziebevor es seinen plastischen Zustand verliert. Die Ver- 15 rungsmittel nach anderen Verfahren als der Einweilzeit, während welcher sich das aus dem teilchen- schlußerwärmung zu erwärmen, beispielsweise in fönnigen Material und dem Plastifizierungsmittel einem Chargenverfahren, in einer Mühle, in einem bestehende Gemisch vor dem Verpressen auf Höchst- Mischer oder in einem Fließbett usw., und daraufhin temperatur befindet, ist im allgemeinen auf höchstens das Plastifizierungsmittel den erwärmten Teilchen zu-5 Min. beschränkt. Ersichtlicherweise ist bei diesem »0 zumischen. Die teilchenförmigen Ausgangsmateriaabgewandelten Verfahren die Verweilzeit bei Höchst- lien können auch anfänglich getrennt und auf Untertemperatur praktisch dieselbe wie bei der vorher ge- schiedliche Temperaturen erwärmt werden, bevor sie schilderten Verfahrensweise. Da jedoch im letzteren miteinander und mit dem Plastifizierungsmittel ver-Fcille keine Konditionierung bei erhöhter Tempera- mischt werden. In diesem Fall kann das inerte Matur vorgenommen wird, wird beim Erwärmungs- as terial typischerweise auf höhere Temperatur als das schritt ersichtlicherweise im allgemeinen eine lan- aktive Material erwärmt werden. Das Plastifizierungsgere Zeitspanne als beim Erwärmen des erweichten mittel kann getrennt erwärmt werden oder einen Gemisches bei ersterer Verfahrensweise benötigt Teil seiner Wärme oder seine gesamte Wärme von oder angewandt, um das erweichte Gemisch auf den vorerwärmten Teilchen beziehen.
Höchsttemperatur zu bringen. Der Brikettier- und 30 Die folgenden Beispiele sollen das Verfahren ge-Verkokungsschritt entspricht dann wieder den ent- maß der Erfindung erläutern,
sprechenden Stufen bei ersterer Verfahrensweise. Es

ist wesentlich, daß die Temperatur des erweichten Beispiel 1
Teilchengemisches bei allen Ausführungsformen des

Verfahrens gemäß der Erfindung mindestens etwa 35 50 Teile bitumenhaltiger Kohle mit einem Gehalt 149⁰C erreicht, da anderenfalls das Brikettieren er- an flüchtigen Stoffen von 26,1 %> und 50 Teile Peschwert wird und die Festigkeit der verkokten Briketts trolkoks mit einem Gehalt an flüchtigen Stoffen von mangelhaft ist. Die angewandten Höchsttemperaturen 13,5⁰O, die gemäß der Figur in getrennten Trichsowie die Verweilzeitspannen bei Höchsttemperatur tern 1 und 2 gespeichert wurden, wurden mit Hilfe sind veränderlich und müssen für jede zu verpres- 40 gesteuerter Förderer in den angegebenen Mengensende Zusammensetzungsart gesondert eingestellt Verhältnissen miteinander vermischt Das Materialwerden. Bei jeder vorgegebenen Zusammensetzung gemisch besaß eine Feuchtigkeit von etwa 5°/o und muß jedoch eine genaue Steuerung der Zeit und der wurde im Trommeltrockner 4 getrocknet, indem es Temperaturbcdingungen erfolgen, da sich anderen- etwa 10 Min. lang einer Temperatur von etwa falls das jeweils verwendete Gemisch nicht aus- 45 121⁰C ausgesetzt wurde. Das getrocknete Gemisch reichend für ein zufriedenstellendes Brikettieren er- wurde dann zu einer Mahlanlage überführt, wie sie weicht oder überhitzt oder zu lange erhitzt und in beispielsweise für Kohlenstaubbrenner benutzt wird, einen nichtplastischen, für das Verpressen unzu- und dort unter zusätzlichem Vermischen auf eine friedenstellenden Zustand versetzt wird. Teilchengröße von im wesentlichen kleiner als Die Hauptaufgabe der beschriebenen Plastifi- 50 1,65 mm gemahlen. Ein Sieb 6 diente dazu, die zierungsmittel besteht in ihrer eigentlichen Plastifi- größeren Materialteilchen an einem Eintritt in die zierungswirkung und weniger in ihrer Wirkung als folgenden Verarbeitungsstufen des Verfahrens zn »Bindemittel«. Sie werden hauptsächlich als Ver- hindern.

arbeitungshüfen verwendet, da sie die Anwendung Der größte Teil der Erwärmung der Teilchen aui niedrigerer Drücke und Temperaturen für das For- 55 die gewünschte Temperatur wurde durch Einschlußmen bzw. Verpressen gestatten, als dies anderenfalls erwärmung in einem Inertgasstrom im Förderrohr ί für die Herstellung fester Rohkörper möglich wäre. durchgeführt, nachdem die gemahlenen und gemisch· Das Plastifizierungsmittel ergibt in Verbindung mit ten Teilchen den Fallschacht 7, den Gewichtsföreinem Inertstoff, wie Anthrazit, bei Erwärmung auf derer Ta und das Abschlußventil 7& passiert haben \⁷erpreßtemperatur und beim Verpressen an sich kein 60 Der Gewichtsförderer Ta diente zur genauer zusammenhaltendes Brikett. Ebenso ergeben die Steuerung der in das Förderrohr 8 eintretenden Maaktiven Teflchenmaterialien allein bei Verarbeitung terialmenge. Beim vorliegenden Ausfuhrungsbeiauf diese Weise, d.h. durch Erwärmen und Ver- spiel war der Förderer Ta so eingestellt, daß ei pressen, ebenfalls kernen zusammenhängenden Kör- stündlich 2118 kg ± 3°/o teilchenförmiges Materiä per. Erst in Verbindung mit dem Plastifizierungs- 65 zum Förderrohr 8 lieferte. Obgleich ^las Fördermittel ergibt das aktive teilchenförmige Material bei rohr 8 in der Figur waagerecht eingezeichnet ist, kanr derartiger Erwärmung und Verarbeitung zusammen- es beliebig geneigt sein und sogar lotrecht angeord· hängende Formkörper. Aus diesem Grund vermögen net sein, so daß sich die Teilchen abwärts bewegen

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ίο

Das Förderrohr 8 besaß in diesem Fall einen Durchmesser von etwa 61 cm und eine Länge von etwa 6,4 m. Die Wärme für das Einschlußerwärmungssystem wurde durch die Verbrennung von Naturgas in der Verbrennungskammer 9 in dem vom Mischer 10 gelieferten Luft-Gas-Gemisch zur Verfügung gestellt. Die Verbrennungskammer 9 war so ausgelegt, daß sie eine Wärmemenge von 744 kW lieferte, wobei 507 kW dieser Wärmemenge durch die Verbrennung von 0,821 m³/Min. an Naturgas in 8,21 m³/Min Luft vom Luft-Gas-Mischer 10 und 237 kW durch die Rückführung und/oder Verbrennung der heißen Abgase und von feinteiligem Material von einem Zyklonenabscheider 12 geliefert wurden. Das aus der Verbrennungskammer 9 austretende nichtoxydierende Gas besaß eine Austrittstemperatur von etwa 427° C und strömte in einer Menge von 225 m^s/Min. aus. Diese Durchsatzmenge ent- · sprach einer Lineargeschwindigkeit der Gase im Förderrohr 8 von etwa 15 m Sek. Die Teilchen wurden in diesem Gasstrom gefördert und besaßen im Förderrohr eine durchschnittliche Verweilzeit von weniger als 1 Sek. während der sie auf eine solche Temperatur erwärmt wurden, daß sie nach der Abtrennung der Gase im Zyklonenabscheider 11 eine Temperatur von etwa 204° C besaßen. Obgleich, wie erwähnt, hohe Erwärmungsgeschwindigkeiten für eine maximale Produktionsleistung bevorzugt werden, kann eine zweckmäßige, und zwar sowohl eine kurze als auch eine lange bzw. eine den Verfahrensgeschwindigkeiten oder der zur Verfügung stehenden Ausrüstung am besten angepaßte Zeitspanne, angewandt werden, um das teilchenförmige Ausgangsmaterial vor dem Vermischen mit dem Plastifizierungsmittel auf die gewünschte, keine Sinterung bewirkende Temperatur zu erwärmen. Außerdem ist auch die Einschlußerwärmung nicht ausschlaggebend, vielmehr können die Teilchen auch entweder vollständig oder teilweise im Mahlwerk 5 oder auf verschiedenartig andere Weise, beispielsweise in einem Fließbett, erwärmt werden.

Der verwendete Zyklonenabscheider 11 ist so ausgelegt, daß er bei der Größe der zu verarbeitenden Teilchen einen hohen Abscheidungs-Wirkungsgrad von mehr als etwa 95%, beispielsweise etwa 97°/o, besitzt Die abgeschiedenen Feststoffe werden dann in einer 97% von 2108 kg/Std., d. h. etwa 2040 kg/Std., entsprechenden Menge zum Mischer 17 überführt, in welchem sie mit dem Plastifizierungsmittel vermischt werden, während die Abgase und die restlichen eingeschlossenen Feinteilchen in einer Menge von etwa 63,5 kg/Std. vom Zyklonenabscheider 11 an einen anderen Ort abgeführt werden. Bei dem in der Figur dargestellten und im vorliegenden Ausfuhrungsbeispiel beschriebenen Verfahren wurden diese Stoffe zu einem großen Teil ausgenutzt, indem sie in einer Durchsatzmenge von etwa 159,3 nWMin. beispielsweise über den zweiten Zyklonenabscheider 12 in das Verfahren zurückgeführt wurden; der Zyklonenabscheider 12 besaß bei der So Abscheidung des restlichen feinteiligen Materials aus den Abgasen einen Wirkungsgrad von etwa 50%. Ungefähr die Hälfte des vom Zyklonenabscheider 12 gewonnenen restlichen feinteiligen Materials, d. h. etwa 31,8 kg/Std., wurde zum Mischer 17 überführt, während ein anderer Teil von etwa 26,3 kg/Std. zusammen mit den rückgeführten Abgasen zur Verbrennungskammer 9 rückgeführt wurde. Ein weiterer, noch kleinerer Anteil von etwa 5,44 kg/Std. wurde durch Verbrennung vernichtet oder nach der Abkühlung in einer Beutelfilterkammer rückgewonnen. Typischerweise ist ein Schieber 12 ft zur Begrenzung des Anteils des auf diese Weise behandelten feinteiligen Materials und zur zweckmäßigen Bemessung des zur Verbrennungskammer 9 rückgeführten Anteils des feinteiligen Materials vorgesehen. Die von den Zyklonenabscheidern 11 und 12 abgehenden Absperrventile 11a bzw. 12 ο ermöglichen einen Eintritt von Feststoffen in den Mischer und verhindern einen Gasstrom in diesen, wobei die Zufuhrmenge zum Mischer durch den Gewichtförderer la gesteuert wird.

Wie erwähnt, werden die erwärmten Teilchen vom Zyklonabscheider 11 sowie ein geringer Anteil des Materials vom Zyklonenabscheider 12 zu einem Mischer 17 überführt, wo sie mit dem aus dem PIastinzierungsrnittelbehälter 13 zugeführten Fiastinzierungsmittel vermischt werden; das Plastifizierungsmittel besaß im Behälter 13 eine Temperatur, d^;e ausreichte, um es genügend viskos zu machen, die andererseits aber nicht so hoch lag, daß es siedet« oder sich zersetzte. Der Behälter und/oder da; darin befindliche Plastifizierungsmittel wurden mittel: einer Heizeinrichtung 14 beheizt bzw. erwärmt. Bein vorliegenden Ausführungsbeispiel bestand das Plasti fizierungsmittel aus sogenannten »Thermalteer« fol gender Eigenschaften:

Spezifisches Gewicht bei

20/20° C 1,02

Conradson-Kohlenstoff .. 8,0 Gewichtsprozen

Aschegehalt 0,005%

Schwefelgehalt 0,97 %

Destillation (760 mm Hg)
Volumprozent Temperatur (° C)

Anfangssiedepunkt 254

5 292

10 316

20 333

30 344

40 360

50 376

60 393

70 ., 417

80 457

90 505

93 527 EndpuE

95
100

Die Viskosität dieses Thermalteers, gemessen
Saybolt-Universal-Sekunden bei 99° C, betrug 95.
Eine Dosierpumpe 15 diente zur Steuerung <

27 26 \7#;-~⁽ «■ ^

Mengenanteils des in den Mischer 17 eingeführten, mit den erwärmten Teilchen zu vermischenden PIastifizierungsmittels. Dieser Mengenanteil schwankt vorzugsweise zwischen etwa 2 und 6 Gewichtsteilen je 100 Teile des in den Mischer 17 eintretenden teilchenförmigen Materials bzw. zwischen etwa 41,6 und 125 1/Std. Im vorliegenden Falle wurden 5 Teile bzw. 5 Gewichtsprozent Thermalteer eingesetzt. In den Plastifizierungsmittel-Zufuhrleitungen waren zusätzliche Heizeinrichtungen 16 zur raschen Erhöhung der Temperatur des Plastifizierungsmittels von etwa 149° C auf die etwa 204° C betragende Temperatur der Teilchen, die auch die für das Brikettieren gewünschte Temperatur darstellt, vorgesehen. Diese zusätzlichen Heizeinrichtungen wurden benötigt, weil es nicht vorteilhaft ist, das Plastifizierungsmittel vor dem Vermischen mit dem erwärmten teilchenförmigen Material zu lange auf die Temperatur (der Teilchen) zu erwärmen. Das erwärmte, inzwischen eine niedrigere Viskosität besitzende Plastifizierungsmittel kann zweckmäßigerweise im Mischer 17 auf die Teilchen aufgesprüht werden. Der Mischer wird typischerweise ebenfalls durch Heißgase erwärmt, die beispielsweise von der Verbrennung von Naturgas in einer Kammer 18, wobei beispielsweise etwa 0,023 m³/Min. Naturgas in 0,25 nvVMin. Luft eine Wärmemenge von 15 kW liefern, herrühren und in einen Heizmantel 19 eingeführt werden, so daß das aus dem teilchenförmigen Material und dem Plastifizierungsmittel bestehende Gemisch auf der für das Brikettieren gewünschten Temperatur gehalten wird, während die Verbrennungsprodukte aus dem Kamin abgeleitet werden. Das Plastifizierungsmittel und das teilchenförmige Material wurden dann im Mischer 17 schnell gemischt, wobei ihre maximale Verweilzeit (im Mischer) etwa 15 Min. und vorzugsweise etwa 10 Min. beträgt, und anschließend in einer Doppelwalzen-Brikettpresse 20 bei einem Druck von etwa 1970 kg/cm² und einer Temperatur von etwa 204° C verpreßt, und zwar bevor das gebildete Gemisch nichtplastisch wurde. Hierauf wurden di« heißen, rohen Formkörper in einer Menge von etws 2040 kg/Std. mit Hilfe des Förderbandes 21 zu einen Verkoker 22 überführt, in welchem sie innerhalb vor 6 Stunden in inerter Atmosphäre allmählich auf eine Höchsttemperatur von 982° C erhitzt wurden.

Die erhaltenen Briketts besaßen Kissen- bzw Blockform mit 76 mm Länge, 50,8 mm Breite uncj maximal 38 mm Dicke. Die erfindungsgemäß herstellbaren Formkörper können jedoch auch ander; Formen besitzen und beispielsweise halbzylindrisch, rohrförmig oder ringwulstförmig usw. sein, was von der Notwendigkeit oder Zweckmäßigkeit der Porosität des Packungsbetts des Ofens, in welchem sie

verwendet werden sollen, abhängt. Auf diese abgewandelten Formen kann auch zurückgegriffen werden, um die schnelle Verdampfung von flüchtigen "Stoffen während des Verkokungsschritts und somit eine schnelle Durchführung dieses Verfahrensschritts zu ermöglichen und gleichzeitig die Bildung von Blasen, Rissen oder Absplitterungen usw. während der Verkokung auf ein Mindestmaß herabzusetzen. Im allgemeinen sind die erfindungsgemäßen Rohkörper jedoch so bemessen, daß zumindest eine ihrer Abmessungen etwa 50,8 mm nicht übersteigt.

Im vorliegenden Falle wurden, jeweils auf Gewicht bezogen, 50 Teile Petrolkoks, 50 Teile Kohle und 5 Teile Plastifizierungsmittel angewandt.
Aus der folgenden Tabelle I gehen die Auswir-

kung verschiedener Verfahrensparameter des Verfahrens gemäß der Erfindung auf die Eigenschaften der erhaltenen Koks-Formkörper hervor. Es wurden jeweils die gleiche Kohle und der gleiche Petrolkoks verarbeitet und derselbe Walzendruck angewandt wie im Beispiel 1, während die in Tabelle I angegebenen unterschiedlichen Plastifizierungsmittelsorten und Mengenanteile angewandt werden. In allen Beispielen betrug die Verkokungszeit 6 Stunden, wobei die Erwärmung innerhalb dieser Zeitspanne gleichmäßig auf eine Endtemperatur von 961° C erfolgte.

Tabelle I

Beispiel	Kohle (Gewichts	Petrolkoks (Gewichts	Plastifizieningsmittel (Teile pro 100 Teile	Gemisch- temperatur	Modifizierter Trommeltest (Gewichtspro	Scheinbare Dichte
	prozent)	prozent)	Kohle und Petrolkoks)	(0C)	zent + 25,4 mm)
2	50	50	5,3 — Kohlenteer	154	72,1	1,12
3	50	50	5,3 — Kohlenteer	174	73,9	1,14
4	50	50	5,3 — Kohlenteer	176	79,2	1,12
5	50	50	5,3 — Kohlenteer	178	72,9	1,15
6	50	50	5,3 — Kohlenteer	205	86,8	1,20
7	50	50	5,3 — Kohlenteer	228	62,2	1,19
8	50	50	2,7 — Thermalteer	179	63,2	1,10
9	25	75	5,3 — Kohlenteer	171	80,8	1,33
10	25	75	5,3 — Thermalteer	180	81,6	1,28
11	25	75	2,5 — Thermalteer	182	71,7	1,26
12	25	75	7,5 — Kohlenteer	177	82,3	1,39
13	25	75	7,5 — Kohlenteer	178	84,2	1,33
14	75*	25	5,3 — Kohlenteer	193	61,3	1,13
15	75*	25	5,3 — Kohlenteer	179	64,7	1,16
16	75*	25	5,3 — Thermalteer	191	60,1	1,11
17	75*	25	2,7 — Kohlenteer	208	66,5	1,12

Bitumenkohle, entgast auf Gehalt an flüchtigen Stoffen von etwa 2O°/o.

In den Beispielen 1 bis 17 wurden regelmäßige Größe besitzende Kohle- und Petrolkoksteilchen verwendet. »Regelmäßige Giöße besitzende« Teilchen folgender Siebanalyse:

Teflchengröße	Kohle	Petrolkoks
über 3,2 mm	0,00	0,00
3,2 bis 2,0 mm	1,04	0,42
2,0 bis 0,84 mm	15,22	11,07
0,84 bis 0,42 mm	34,96	34,54
0,42 bis 0,149 mm	26,62	27,59
unter 0,149 mm	22,70	25,27

15

Die »Gemischtemperatur« bedeutet die Temperatur des Gemisches unmittelbar vor dem Brikettieren. Die Preßform wurde für den Formvorgang in erhitztem Zustand gehalten. Der modifizierte Trommeltest entspricht einem Norm-Trommeltest, jedoch mit dem Unterschied, daß bei ersterem eine geringere Charge eingesetzt wurde, wodurch die Durchführungsbedingungen für den Test erschwert und niedrigere Ergebnisse als beim Norm-Test erhalten wurden. Die Eigenschaften des Thermalteers sind bereits beschrieben worden. Der verwendete Kohleteer besaß folgende Eigenschaften:

Spezifische Dichte, bei 25/25° C ... 1,20
Benzol-Unlösliches, Gewichtsprozent 6% Viskosität bei 25° C 900 cps

Destillation (D-20)

bis zu 270° C 2,65%

270bis 360°C 13,60%

über 360° C 83,75%

Weitere Versuche wurden unter Anwendung ähnlicher Bedingungen wie in Tabelle I beschrieben durchgeführt, wobei jedoch als Kohle eine solche mit einem hohen Gehalt an flüchtigen Stoffen (50% und mehr) verwendet wurde; ferner wurde diese Kohle vor der Verwendung nicht teilentgast. Es wurden günstige Ergebnisse erzielt.

Das Plastifizierungsmittel sollte bei Atmosphärendruck weder wesentlich verdampfen noch unterhalb einer Temperatur von etwa 254° C wesentlich thermisch zersetzbar sein; diese Temperatur liegt erheblich oberhalb der Temj^efatur, bei welcher im allgemeinen die Verschmelzungswirkung des Plastifizierungsmittels mit dem Rohkoks und der Kohle auftritt. Als Plastifizierungsmittel geeignete Substanzen sind Kohlenteer, Kohleteerfraktionen, Kohleteerpeche, gewisse hochsiedende Kohlenwasserstofföle und bei der Crackung von Erdöldestillaten entstehende Rückstände, wie Thermalteer, Petrolpech, Holzteerpech, Anthracenöl, schwere Holzteeröle und -peche, schwere Lignitteeröle und -peche. Phenanthren u. dgl. Schwere Erdöl-Kohlenwasserstoff-Rückstände und Asphalte, und zwar sowohl gecrackte als auch destillierte, können ebenfalls als Plastifizierungsmittel eingesetzt werden.

Die Auswahl des jeweiligen Plastifizierungsmittels hängt von einer Anzahl von Faktoren ab. beispielsweise von dem Material oder den Materialien, mit welchem bzw. welchen es verschmolzen werden soll, seinen Kosten usw. Es kann jedes Plastifizierungsmittel eingesetzt werden, das teilweise mit dem Rohkoks und der verwendeten Kohle verschmilzt, doch sind nicht alle Plastifizierungsmittel genau gleichwertig. Bevorzugt werden aromatische Kohlenwasserstoffe. Die Sauerstoff- und Stickstoff-Derivate von aromatischen Kohlenwasserstoffen sind ebenfalls brauchbar, jedoch den Kohlenwasserstoffen unterlegen. Das Plastifizierungsmittel sollte keine wesentlichen Mengenanteile an Substanzen enthalten, die sich unter Bildung stark oxydierender Zersetzungsprodukte zersetzen. Brauchbar sind cycloparaffinische Kohlenwasserstoffe oder deren Derivate, beispielsweise der Furfuralextrakt von schweren Schmierölen. In vielen Fällen können Gemische von Kohlenwasserstoffen und deren Derivaten vorteilhaft angewandt werden.

Selbstverständlich wird beim Verkokungsvorgang eine gewisse Menge an flüchtigen Kohlenwasserstoffen und anderen Pyrolysenebenprodukten des Plastifizierunesmittels erhalten, doch sind die vorteilhaftesten Plastifizierungsmittel diejenigen, die in großem Ausmaß in Koks umgewandelt werden. Bei übermäßiger Bildung von Dämpfen und Gasen wird die Porosität der Kokskörper unzulässig erhöht. Im Hinblick auf die geringe angewandte Menge des Plastifizierungsmittels, die in keinem Fall oberhalb etwa 8% liegt, und da eine gewisse Porosität der hergestellten Formkörper wünschenswert ist, stellt dies fm allgemeinen keine Schwierigkeit dar. Materialien mit hohem Schwefelgehalt sind in der Regel unerwünscht.

Die gemahlene Kohle und der Petrolkoks sowie das Plastifizierungsmittel können, sofern dies zweckmäßig erscheint, bei Raumtemperatur vorgemischt werden, und zwar insbesondere dann, wenn das Plastifizierungsmittel in Form feinteiliger Feststoffe vorliegt. Ebenso können die normalerweise flüssigen Plastifizierungsmittel in kaltem Zustand mit der Kohle und dem Petrolkoks vermischt werden. Wahlweise kann das Mischen bei erhöhten Temperaturen erfolgen, indem ein ziemlich gleichmäßiges Gemisch aus Kohle, Petrolkoks und Plastifizierungsmittel auf eine Temperatur von über etwa 149° C und typischerweise von etwa 160 bis 260^c C, vorzugsweise von 171 bis 232° C erwärmt wird, während das Mischen in einer passenden Vorrichtung in der Weise durchgeführt wird, daß das Mischen und Erweichen bzw. Verschmelzen gleichzeitig erfolgen. Der richtige Zeit-Temneratur-Faktor für diese Verschmelzungsbehandlung ist ziemlich kritisch und schwankt in Abhängigkeit vom Gehalt an flüchtigen Stoffen der Kohle und des Petrolkokses sowie von dem jeweils verwendeten Plastifizierungsmittel und seiner Viskosität. In jedem Faii sollten die erweichten Teilchen vor dem Verpressen nicht zu lange und/oder auf keine zu hohe Temperatur erwärmt werden, da es möglich ist, daß eine solche Behandlung die erweichten Teilchen »nicht-plastisch« macht und somit zu Schwierigkeiten bei der Formung der Rohkörper führt oder Rohkörper mangelhafter Festigkeit liefert. Diese Zeit-Temperatur-Bedingungen bzw. Verweilzeiten bei Höchsttemperatur lassen sich für jedes vorgegebene, beschriebene Gemisch an Hand der erläuterten Richtlinien und bei Anwendung der Verpreßbarkeit der erweichten Teilchen und der Eigenschaften der gebrannten Briketts als Kriterien ohne weiteres bestimmen. Die Verschmelzungsbchandlung sollte vorzugsweise in nichtoxidierender

38 jede Vei stäi vei

sor nie üb au Be mi au rei m d£ är

a: K a F ii ν t t f

Atmosphäre erfolgen, und zwar insbesondere in dem dungsgemäß
oder nach dem Augenblick, in welchem sich die er- hestens bei
weichten Teilchen ihrer Höchsttemperatur annähern 254° C ein.

oder diese erreichen. D₃₅ Anlegen von mechanischem Druck bzw. das

In gewissen Fällen kann das Mischen mit auf etwa 5 Verpressen des erweichten Gemisches aus Petroibis 93° C erwärmten Rohmaterialien stattfinden, koks und Kohle kann auf verschiedenste Weise erjedoch unterhalb einer Temperatur, bei welcher die folgen, beispielsweise vorzugsweise durch WaIz-Verschmelzungswirkung eingeleitet wird oder voll- Brikettieren, Strangpressen, Spritzgießen mittels ständig fortgeschritten ist, worauf sich die Weiter- einer Kolbenpresse oder durch Formguß. Verarbeitung bei höheren Temperaturen anschließt. io Die im Rahmen des Verfahrens gemäß der Erfin-Wie erwähnt, muß die Verschmelzungsbehandlung dung verwendbaren Kohle- oder Petrolkokssorten sorgfältig in der Weise gesteuert werden, daß sie müssen nach dem Verpressen bzw. Brikettieren nicht zu weit voranschreitet. Diese Steueaing kann solche Eigenschaften besitzen, daß sie in allen Stufen üblicherweise über die Temperatur erfolgen, obgleich des Verkokungsvorgangs nur eine geringe Plastizität auch der Zeitfaktor eine bedeutende Rolle spielt. 15 und keine Fließfähigkeit besitzen. Falls die Kohle Beim Erwärmen eines Gemisches aus Plastifizierungs- oder der Petrolkoks einen zu hohen Gehalt an mittel, Kohle und Petrolkoks während des Mischens flüchtigen Stoffen besitzt oder das erweichte Geauf eine Temperatur oberhalb des angegebenen Be- misch zum Schmelzen und Fließen neigt, bevor eine reichs oder oberhalb der für das betreffende Ge- Zersetzung der zersetzungsfähigen Bestandteile der misch gewünschten Höchsttemperatur durchläuft ao rohen Formkörper stattgefunden hat, trachten die das Gemisch zunächst einen pastösen Zustand und vom Inneren der Formkörper zu deren Außenseite ändert sich anschließend in seinen Eigenschaften führenden winzigen Kanäle, über welche die gas- und wird zu trocken für das Strangpressen und so- förmigen Zersetzungsprodukte austreten, zu einem mit beispielsweise nach einem kontinuierlichen Walz- VerstÖpftwerden, woraus sich Verarbei'ungsschwie-Brikettierverfahren schwierig zu verpressen. Mit as rigkeiten bei der Verkokung sowie die Bildung großer anderen Worten sollte das erweichte Gemisch aus Poren und verkokter Formkörper mit mangelhafter Kohle und Petrolkoks selbst eine Schmierwirkung Festigkeit ergeben. Bei Herstellung der Formkörper an den Brikettierformen gewährleisten. Bei gewissen aus Materialien mit den vorher angeführten Eigen-Plastifizierungsmitteln kann diese Überbehandlung schäften und nach den erläuterten erfindungsgemäßen im angegebenen Temperaturbereich stattfinden, 30 Verfahren tritt jedoch kern derartiger Materialfluß auf wenn die Behandlungszeitspanne zu lang ist und und bleiben die Kanäle klein und über die ganzen zu beispielsweise mehr als 5 Min. oder auch weniger verkokenden Formkörper hinweg verteilt, so daß die beträgt. Wie erwähnt, ändert sich der kritische Ein- Gase schnell und ohne Ausbildung großer Poren oder flull des Zeit- und Temperatur-Verhältnisses beim Kanäle zu entweichen vermögen. Verschmelzungsschritt in Abhängigkeit von der 35 Falls im Rahmen des Verfahrens gemäß der Er-Me nge und der Art des eingesetzten Plastifizierungs- findung eine Kohle mit einem Gehalt an flüchtigen mitels und ebenso in Abhängigkeit vom Gehalt an Stoffen von mehr als etwa 2O°/o und bis hinauf zu flüchtigen Stoffen sowie von der Teilchengröße der etwa 45°/o und in solcher Menge verwendet werden Kehle und des Petrolkokses. Im allgemeinen ver- soll, daß das aus der Kohle und dem Petrolkoks geschmelzen sich die typischerweise beim erfindungs- 40 bildete Gemisch einen Gehalt an flüchtigen Stoffen geinäßen Verfahren eingesetzten feinen Kohle- und von mehr als etwa 20 Gewichtsprozent besitzen Petrolkoksteilchen infolge ihrer großen Oberfläche würde, ist es nötig, diese Kohle auf beliebige, dem und ihres kleinen Durchmessers sehr leicht. Fachmann bekannte Weise zu entgasen, so daß der

Wenn das verschmolzene Gemisch über einen Gehalt an flüchtigen Stoffen bzw. der Gasgehalt des Pmkt hinausgelangt ist, an welchem es leicht 45 erhaltenen Gemisches höchstens etwa 2O°/o beträgt, sti angpreß- oder verpreßbar bzw. gießfähig ist, wird Falls diese Teilentgasung der Kohle zu einem überes nicht nur schwierig, mittels Walzen zu brikettieren mäßigen Agglomerieren bzw. Zusammenballen der oder strangzupressen, sondern führt auch zu Form- Kohle führt, kann sie teilweise zerquetscht und hierkerpern, die fehlerhafte Stellen bzw. Lunker zeigen bei auf annehmbare Teilchengröße gebracht werden, urd während oder nach dem Verkokungsvorgang 50 worauf sie sich als Rohmaterial beim erfindungsgeeine geringere Festigkeit erhalten. Wenn ein Ge- mäßen Verfahren verwenden läßt, m sch im Verschmelzungsschritt zu weit vorange- Alle Materialien in dem zu brikettierenden bzw.

schritten ist, ist es in manchen Fällen möglich, eine zu verpressenden Gemisch werden in der Regel auf geringe Menge an Plastifizierungsmittel zuzusetzen im wesentlichen dieselbe Temperatur erwärmt, wound hierdurch seine Brikettier- bzw. Strangpreß- 55 durch die verschiedenen Bestandteile jedoch unterei genschaften wiederherzustellen. Falls jedoch die schiedlich beeinflußt werden. Wenn beispielsweise Menge des zusätzlich zugegebenen Plastifizierungs- ein prakitsch inertes Material, wie Anthrazit, verrrittels zu groß ist, können die verkokten Form- wendet wird, wird dieses typischerweise lediglich auf körper infolge des vergrößerten Volumens em Dämp- Arbeitstemperatur erwärmt, während andererseits fen, die ausgetrieben werden müssen, schlechte 60 die Kohle und der Petrolkoks, die mit dem Plastin-Festigkeit und die in unerwünschtem Ausmaß er- zierungsmittel vermischt sind, einer Verschmelzungshöhte Porosität entwickeln. Außerdem wird hierbei wirkung unterliegen. Die Zeit und/oder die Tempedie Schrumpfung der verkokten Körper erhöht. Die ratur, während welcher die Teilchen in dieser Er-Verschmelzungstemperatur sollte außerdem unter- wärmungsstufe gehalten werden bzw. auf welche sie halb der Temperatur liegen, bei welcher das Plasü- 65 erwärmt werden, hängen außer von den bereits erfizierungsmittel sich zu zersetzen oder in wesent- wähnten noch von verschiedenen anderen Faktoren lichem Ausmaß aus dem Gemisch auszudlestillieren ab. Petrolkoks mit einem Gehalt an flüchtigen Swr beginnt; dies tritt jedoch bei den meisten der erfin- fen von 8 oder 9% wird in Verbindung nut betra

lichen Mengen an Kohle verwendet. Ersichtlicherweise ändern sich bei verschiedenen Mischungen der im folgenden aufgeführten Art auch die Zeit- und Temperaturbedingungen; diese Änderungen liegen

jedoch selbstverständlich innerhalb des Rahmens der Erfindung. Beispielsweise können die in Tabelle Π zusammengestellten Ausgangsmaterialien aufgearbeitet werden.

Tabelle Π

	Teile	Petrolkoks	Bitumenkohle	Gasgehalt	Plastifizierungsmittel	PeUe	Petrolkoks und Kohle) Art
	90		Teüe	45	(TeUe auf 100 1 Teile (auf 100 Teile)		Thermalteer
a)	90		10	20	6,0		Kohlenteer
	70		10	23	6,0		Kohlenteer
c)	50		30	40*	5,3		Thermalteer
	50		50	17	2,7		Kohlenteerpech
e)	30		50	23	5,3		Kohlenteer
f)	30		70	26*	5,3		Thermalteer
g)	20		70	30*	2,7		Kohlenteer
h)	20		80	25*	1,5		Kohlenteerpech
i)	20		80	45*	3		Thermalteer
j)	10		80	37*	5,3		Kohlenteer
k)		90	3
	Gasgehalt (0Zo)
13
13
12
20
9
10
14
15
11
9
15

* Bei den Gemischen d, g, h, i, j, und k wurde die Bitumenkohle teilweise entgast (damit der Gasgehalt des Kohle-Peirolkoksgemisches einen Wert von etwa 2O°/o nicht überschreitet), bevor sie mit dem Petrolkoks vermischt und nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt wurde. In allen Fällen wurde das Teilchenmaterial während des Verschmelzungs-Erwärmungsschritts innerhalb der vorher angegebenen Zeitspannen so lange und/oder auf eine so hohe (ebenfalls innerhalb der vorher angeführten Temperaturbereiche liegende) Temperatur erwärmt, daß das gewünschte Erweichen und Verschmelzen hervorgerufen wurde, jedoch nicht so lange und/oder auf so hohe Temperaturen, daß die entstehende Verschmelzung nichiplastisch wurde.

Die Formvorrichtung 20 bzw. die Walzen der Brikettiermaschine können sich auf beliebiger Temperatur befinden und beispielsweise dieselbe Temperatur wie die Teilchen, eine höhere Temperatur, Raumtemperatur oder eine zwischen diesen Bereichen liegende Temperatur besitzen usw. Die Brikettierwalzen können wasser-, öl- oder auf andere Weise gekühlt sein. Vor dem Brikettieren müssen die erwärmten Feststoffe vor unerwünschter Oxidation durch Atmosphärenluft geschützt werden, da dies für die Festigkeit des Endprodukts nachteilig wäre. Ersichtlicherweise besteht beim Vorhandensein von Überschußluft auch die Gefahr eines Entzündens und Verbrennens. Daher kann eine Inertgasatmosphäre vorgesehen sein.

Der beim Verpressen angewandte Druck ändert sich in Abhängigkeit von der Temperatur des zu verformenden, erweichten Teilchenmaterials, der jeweiligen Zusammensetzung, der angewandten Pressen-Art oder des betreffenden Formvorgangs usw. Bei einer Kolbenpresse liegt dieser Druck zwischen etwa 35,2 und etwa 1050 kg/cm², wobei bei höheren Temperaturen niedrigere Drücke angewandt werden und umgekehrt. Bei einer Walzenpresse liegt der Druck (P) typischerweise zwischen etwa 281 und etwa

6330 kg/cm*, wenn P = ~ (A = Gesamtfläche der

unter Druck stehenden Taschen längs der Berührungslinie zwischen den Walzen; F = auf die Walzen der Presse ausgeübter Druck). Beispielsweise können Gemischtemperaturen von 149 bis 177° C und Drücke von 70,3 bis 141 kg/cm² in einer Kolbenpresse zu mangelhafter Festigkeit der rohen und/oder der gesinterten Formkörper führen, während Temperaturen von etwa 177 bis 232° C und Drücke von 35,2 kg/cm² Formkörper guter Festigkeit liefern können. Typischerweise sollte nur ein so hoher Druck angewandt werden, daß ein roher Formkörper mit einer Porosität von mindestens 8%> erhalten wird, während andererseits zumindest ein so hoher Druck angewandt werden sollte, daß ein roher Formkörper mit einer Porosität von höchstens 37°/o erhalten wird. Mit anderen Worten, wenn die Porosität des gebildeten Formkörpers unter 8⁰O oder über 37°/o oder anderweitig nicht innerhalb eines gewünschten, zufriedenstellenden Bereichs liegt, kann der angewandte Druck entsprechend reduziert oder erhöht werden, bis die Porosität der erhaltenen rohen Formkörper den gewünschten Wert erreicht. Bevorzugt werden rohe Formkörper mit einer Porosität von etwa 15 bis 30⁰O.

Für die Massenfertigung wird eine Walzenpresse bevorzugt. Bei Verwendung einer solchen Vorrichtung ist die »Verpreßzeit«, d. h. die Zeit, während welcher sich die zu verformenden, verschmolzenen Teilchen tatsächlich unter Druck befinden bzw. während welcher tatsächlich Druck ausgeübt wird, für gewöhnlich kürzer als 2 Sek. und typischerweise kürzer als 1 Sek. Selbstverständlich können jedoch auch andere Formvorrichtungen als die vorher erwähnten angewandt werden.

Im Fall von Kolbenpressen werden üblicherweise Drücke von unter 176 kg/cm² angewandt, da höhere Drücke nur eine Energievergeudung bedeuten. Bei vielen erfindungsgemäß verarbeiteten kohlenstoffhaltigen Gemischen oder Zusammensetzungen, insbesondere solchen mit hohem Gasgehalt, erhalten die Briketts bzw. Formkörper bei Drücken von oberhalb etwa 246 kg/cm² in zunehmendem Maß fehlerhafte Stellen (Lunker), und zwar speziell nach dem Verkoken derselben. Bei Kolbenpresse werden daher im allgemeinen Drücke von über etwa 28,1 kg/cm^ä vermieden, sofern nicht wesentliche Mengen an »Inertstoffen« dem zu verarbeitenden Gemisch zu-

19 20

gesetzt worden sind oder das zu verarbeitende Ge- Bei genauer Beachtung der vorstehend beschrie-

misch einen niedrigen Gasgehalt besitzt; in solchen benen Verfahrensschritte können die verpreßten Fällen kann die Anwendung höherer Drücke vorteil- Formkörper »schnell«, d. h. wesentlich schneller als haft sein. Bei Walzenpressen werden höhere Drücke in der üblicherweise bei den Nebenprodukt-Koksangewandt. 5 ofenverfahren erforderlichen Zeitspanne von 18 bis

Die rohen Formkörper sollten eine Mindest-Poro- 24 Std., verkokt werden, indem sie beispielsweise sität von etwa 8 % besitzen, damit sich geringstmög- ohne Verschlechterung der Produkt-Qualität innerliche Schwierigkeiten beim Verpressen und Verkoken halb einer Zeitspanne von maximal 8 Std. auf eine ergeben und das Verkoken schnell durchgeführt Temperatur von etwa 538 bis 1093° C erwärmt werwerden kann. Wenn die Porosität der Formkörper io den bzw. bis ein Gasgehalt des Produkts von 5% zu niedrig ist und ein schnelles Verkoken derartiger oder weniger erreicht ist. Verkokungszeitspannen Formkörper angestrebt wird, trachten die entweichen- von 3 bis 6 Std. sind typisch. Selbstverständlich konden flüchtigen Stoffe danach, den Formkörper aufzu- nen auch längere Zeitspannen als 8 Std. angewandt brechen, so daß Koks mit für metallurgische Verfah- werden, doch ist dies im allgemeinen nachteilig,
ren ungeeigneter Größe und Festigkeit erhalten wird. 15 Während der Behandlung in der Heiß-Verko-

Die Porosität der hergestellten Formkörper wird kungsanlage 22 unterliegen die rohen Formkörper im selbstverständlich auch durch Änderung der Tem- allgemeinen keiner Wiedererweichung und keinem peratur, auf welche die verschmolzenen Teilchen er- Zusammenkleben, da sie »verschmolzen« und zu wärmt werden, oder der für die Herstellung der getrennten Einzel-Formkörpern verpreßt worden Roh-Formkörper benutzten Zusammensetzung beein- 20 sind, wodurch eine feste, zusammenhängende Binflußt. Wie erwähnt sollte die Porosität der rohen dung innerhalb der rohen Formkörper hervorge-Formkörper bei höchstens 37 ⁰Zo liegen. Bei höherer bracht wurde. Aus diesem Grund ist die Bindung Porosität sind die Formkörper entweder zu wenig zwischen den Teilchen in den einzelnen Formkörfest oder nach dem Verkoken eine für den vorge- pern sehr gut und besitzen die hergestellten versehenen Verwendungszweck zu niedrige scheinbare 25 kokten Formkörper typischerweise überlegene Fe-Dichte. Die scheinbare Dichte der verkokten Form- stigkeit. Bei gewissen Zusammensetzungen und unter körper liegt allgemein bei etwa 1,0 bis 1,5 g/cm³. gewissen Umständen kann jedoch eine Tendenz für Die Dichte der rohen Formkörper sollte zwischen ein Zusammenhaften der Briketts während des Veretwa 0,85 und 1,25 g/cm³ liegen, wobei selbstver- kokens bestehen. In diesem Fall können die Briständlich die weniger dichten Formkörper eine 30 ketts einer kurzen bzw. begrenzten Oberflächenhöhere und die dichteren Formkörper eine weniger Oxydation unterworfen werden, so daß sie sich verhohe Porosität besitzen. festigen und ein Wiedererweichung während des

Nach dem Verpressen der verschmolzenen bzw. Verkokens verhindert wird.

erweichten Teilchen werden die gebildeten rohen Die rohen Formkörper können in einer Ver-

Formkörper vorzugsweise praktisch sofort und ohne 35 kokungsvorrichtung verkokt werden, in welcher eine wesentliche Abkühlung verkokt. Wenn die Tempera- praktisch inerte bzw. nichtoxydierende Atmosphäre tür der Formkörper zwischen dem Verpressen und aufrechterhalten werden kann. Zur Erzielung bester dem Verkoken zu stark absinken kann, wird die Ergebnisse ist die Verkokungsvorrichtung 22 so ausWahrscheinlichkeit für die Bildung von Rissen und gelegt bzw. wird die Arbeitsweise dieser Vorrichtung Lunkern in den Formkörpern größer als in dem 40 so geregelt, daß die rohen Formkörper unter einFall, wenn die Formkörper sofort und ohne wesent- wandfreici Regulierung auf die gewünschte Endliche Abkühlung verkokt werden. Verkokungstemperatur erwärmt werden können.

Bei der bevorzugten Arbeitsweise, bei der die Wenn die gewünschte Endtemperatur etwa 800" C Teilchen vor dem Mischen mit einem erwärmten beträgt und die rohen Formkörper eine Temperatur Plastifizierungsmittel getrennt erwärmt werden, dau- 45 von 204^c C besitzen, wenn sie aus der Formvorert der Arbeitszyklus des Erwärmens der Teilchen auf richtung 20 austreten und in den Verkoker 22 einetv >a 149 bis 260° C, Vermischen der Teilchen mit dem treten, erfolgt ihre Erwärmung von 204 auf S00^: C Plastifizierungsmittel, Verpressen der verschmölze- vorzugsweise mit sehr genau geregelter Aurheünen Teilchen, während sie sich noch auf einer Tem- Geschwindigkeit von nicht mehr als 400^c C/Std., peratur von etwa 149 bis 260° C befinden, d. h. mit 50 bis zu einer Temperatur von zwischen etwa 500 und nur geringer oder gar keiner Abkühlung vor dem 650° C und danach von nicht mehr als etwa Formvorgang, und Überführung der Formkörper in 500° C'Std. bis zur Endtemperatur von 800^c C. den Verkoker nicht langer als etwa 10 Min. Während NiedrigereAufheizgeschwindigkeitenwerdentypischerdieser Phasen des Verfahrens werden keine nennens- weise angewandt bis die rohen Formkörper eine werten »Stöße« im Arbeitszyklus zugelassen. Die 55 kritische Temperatur erreichen oder bis sie dauererwärmten kohlenstoffhaltigen Teilchen bzw. die haft »verfestigt« sind, typischerweise bei einer Temverformten, zu verarbeitenden Massen werden in sehr peratur von 600 bis 700° C, worauf eine etwas gleichmäßiger Bewegung gehalten, wobei jeglicher höhere Aufheizgeschwindigkeit bis zur gewünschten wesentliche Anstau vermieden wird. »Stöße« bzw. Endtemperatur angewandt werden kann. Das vor- »Anstauungen« können jedoch bei einem möglicher- 60 stehend beschriebene Aufheizverfahren ist einem weise vorangehenden Vorerwärmungsschritt, bei Heizverfahren vorzuziehen, bei welchem die heißen welchem die Teilchen auf eine vorgegebene, ver- Formkörper einem schroffen bzw. weiten Temperagleichsweise niedrigere Temperatur von etwa 93° C turunterschied, beispielsweise von 200 unmittelbar auf gebracht werden, oder beim nachfolgenden Verko- 800° C, ausgesetzt werden. Vorzugsweise wird außerkungsschriu auftreten, ohne daß dies eine wesent- 65 dem die Temperatur der Formkörper innerhalb einer liehe oder nennenswerte Auswirkung auf die Qualität vorgegebenen Zeitspanne praktisch linear erhöht des hergestellten Produkts oder auf die Störungsfrei- Dies bedeutet daß die Erwärmung ziemlich gleichheit des Verfahrens hat mäßig mit einer Aufheizgeschwindigkeit von nicht

mehr als 10° C in jeder Minute während der Anfangs- auch Kühlzonen aufweist, kann sowohl für das Ver-Aufheizzeit, welche pro Stunde nicht mehr als 400⁰C koken als auch für das Abkühlen verwendet werden; Erwärmung umfassen soll, und von nicht mehr als wahlweise kann das Abkühlen aber auch in einer geetwa 13⁰C pro Minute während einer Zeitspanne, trennten Vorrichtung erfolgen. Die abgekühlten ferwährend welcher die Formkörper um nicht mehr als 5 tigen Koks-Formkörper können dann in einem Lageretwa 500° C/Std. erwärmt werden sollen, durchge- behälter gelagert, sofort versandt oder unmittelbar in führt werden muß, anstatt die Formkörper beispiels- einem Kupolofen, einem Hochofen od. dgl. verwendet weise 1 Stunde lang bei 500° C zu erwärmen, sie dann werden.

1 weitere Stunde lang in eine Zone mit 600° C zu Im allgemeinen sind Verkokungstemperaturen von

überführen usw. io mindestens etwa 538° C erforderlich, während höhere

Geregelte Temperaturgradienten, die niedriger Temperaturen von beispielsweise etwa 800 bis 960° C

sind als die vorstehend angegebenen und beispiels- für die Erzielung optimaler Ergebnisse bevorzugt wer-

weise eine Temperaturerhöhung von 300° C/Std. bzw. den. Temperaturen von über 960° C, beispielsweise

8°C/Min. nicht überschreiten und bei denen bei- bis zu etwa 1093⁰C, können ebenfalls angewandt

spielsweise eine Erwärmungsgeschwindigkeit von 15 werden, sind jedoch im allgemeinen für die Lieferung

3° C/Min. angewandt wird, sind noch typischere Bei- eines industriell zufriedenstellenden Produkts nicht

spiele für die allgemein beim erfindungsgemäßen Ver- erforderlich.

koken angewandten Temperaturgradienten. Die inner- Der Gehalt an flüchtigen Stoffen bzw. der Gashalb der vorstehend beschriebenen Bereiche liegen- gehalt der Petrolkoks- und Kohlesorten, die beim erden, ausgewählten und angewandten Aufheizge- 20 findungsgemäßen Verfahren verwendet werden solschwindigkeiten hängen auch von der Dichte, der len, wird nach dem ASTM-Verfahren Nr. D 271-48, Porosität, der Größe, der Form und dem Gehalt an modifiziert für Torf und Lignit, bestimmt und schließt flüchtigen Stoffen der zu verarbeitenden rohen Form- den Wassergehalt aus. Gemäß diesem Verfahren wird körper ab. eine relativ kleine Menge Petrolkoks oder Kohle etwa

Drehherde, Wellenherde und Laufroste mit im Ver- as 5 bis 10 Minuten lang auf etwa 510° C erwärmt. Der lauf der Formkörperbewegung durch den Verkoker Gewichtsunterschied der Probe vor und nach dem Eralhnählich höheren Temperaturzonen, in welchen wärmen stellt den »Gasgehalt« des geprüften Mateeine praktisch inerte Atmosphäre aufrechterhalten rials dar. Wie erwähnt, besitzen die beim erfindungswerden kann, eignen sich in vorteilhafter Weise für gemäßen Verfahren verwendeten Petrolkokssorten die beschriebene Erwärmung. 30 vorzugsweise nicht nur einen vorgeschriebenen Gas-

Nach dem Erwärmen der Formkörper auf die ge- gehalt bzw. Gehalt an flüchtigen Stoffen, sondern bil-

wünschte Temperatur werden sie üblicherweise in den auch ein hartes Koks-Agglomerat bzw. »Korn«,

inerter Atmosphäre allmählich auf eine Temperatur wenn sie nach dem genannten ASTM-Verfahren er-

von etwa 104⁰C oder darunter abgekühlt. Eine ein- hitzt werden, wobei jedoch an Stelle einer 1-g-Probe

heitliche Vorrichtung, die sowohl Erwärmungs- als 35 eine solche von 5 g verwendet wird.

Hierzu 1 Biatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Koks-Formkörpern aus einem Gemisch aus kohlenstoffhaltigern Material und einer relativ geringen Menge an einem Plastifizierungsmittel, bei welchem das Gemisch vorerwärmt, anschließend unter Druck und bei ^rhöhter Temperatur brikettiert wird und schließlich die erhaltenen Briketts verkokt werden, dadurch gekennzeichnet, daß

1. zunächst ein Gemisch aus 15 bis 85 Teilen backender Kohle mit einem Gehalt von mindestens 15 Vo an flüchtigen Bestandteilen, 85 bis 15 Teilen nicht calciniertem Petrolkoks mit einem Gehalt an flüchtigen Bestandteilen, mit Ausnahme von Wasser, von 8 bis 20%, der durch Verkoken eines schwer zu verflüssigenden Kohlenwasserstoffes hergestellt _ao wurde, und, bezogen auf das Gewicht der Kohle und des Petrolkokses, 1 bis 8, vorzugsweise 2 bis 6, Teilen eines Plastifizierungsmittels, welches bei einer Temperatur unterhalb 254° C praktisch weder verdampf- _a5 bar noch thermisch zersetzbar ist, hergestellt wird, wobei gilt, daß der durchschnittliche Gesamtgehalt der Kohle und des Petrolkokses an flüchtigen Bestandteilen 20% nicht überschreitet, daß

2. anschließend das Plastifizierungsmittel zumindest teilweise mit der Kohle und dem Petrolkoks verschmolzen wird, indem das Gemisch nicht länger als 15 Minuten in einer praktisch inerten Atmosphäre auf eine Temperatur von mindestens 149° C und höchstens 260° C, d. h. auf eine Temperatur unterhalb der Sinterungstemperatur sowohl der Kohle als auch des Petrolkokses vor dem Vermischen mit dem Plastifizierungsmittel, erwärmt wird, daß

3. danach das noch im plastischen Zustand und auf einer Temperatur zwischen 149 und 260° C befindliche Gemisch in einer praktisch inerten Atmosphäre bei einem Druck oberhalb 35,2 kg/cm² zu Formkörpern mit einer scheinbaren Dichte von mindestens 0,85 g/cm^s und einer Porosität von höchstens 37% verpreßt wird, und daß

4. schließlich die erhaltenen Formkörper in einer praktisch inerten Atmosphäre bei gleichmäßiger Aufheizgeschwindigkeit bei einer Temperatur von 538 bis 1093⁰C verkokt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem zu verpressenden Gemisch ein inertes Material in Mengen bis zu 25 Teilen pro 100 Teilen der aus Kohle, Rohkoks und inertem Material bestehenden Mischung zugegeben und die Menge an zugegebenem Plastifizierungsmittel jeweils auf die 100 (Gewichts-) Teile der Mischung Kohle, Rohkoks und inertes Material bezogen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch in Verfahrensstufe 2 vor dem Verpressen in Verfahrensstufe 3 höchstens 5 Min. auf einer Temperatur zwischen 160 bis 260° C gehalten wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohle und/oder der Petrolkoks vor dem Vermischen mit dem Plastifizierungsmittel in Verfahrensstufe 1 in bekannter Weise erhitzt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Plastifizierungsmittel vor dem Vermischen mit der Kohle und dem Petrolkoks in Verfahrensstufe 1 erhitzt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohle und/oder der Petrolkoks unter Mitführen in einem Inertgasstrom erhitzt und vor dem Vermischen mit dem Plastifizierungsmittel von dem Inertgasstrom abgetrennt werden bzw. wird.