DE2944690A1

DE2944690A1 - Bindemittel fuer kohlebriketts

Info

Publication number: DE2944690A1
Application number: DE19792944690
Authority: DE
Inventors: Prof. Dipl.-Chem. Dr. Heinz-Gerhard 6232 Bad Soden Franck; Helmut Dipl.-Chem. Dr. 4330 Mühlheim Köhler; Dipl.-Chem. Dr. Jürgen 4600 Dortmund Stadelhofer
Original assignee: Ruetgerswerke AG
Current assignee: Rain Carbon Germany GmbH
Priority date: 1979-11-06
Filing date: 1979-11-06
Publication date: 1981-05-07
Also published as: SU1450750A3; DE2944690C2; GB2066285A; FR2468640B1; BE885407A; PL227675A1; FR2468640A1; GB2066285B; CS221937B2

Description

29U690

ROTGERSWERKE Aktiengesellschaft Frankfurt am Main

Pat-748-R

Patentanmeldung
Bindemittel für Kohlebriketts

Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung von thermoplastischen, pechähnlichen Kohlewertstoffen zur Herstellung von Kohlebriketts.

Wegen der langfristig zunehmenden Verknappung von Erdöl und Erdgas wird Kohle als Brennstoff zukünftig erhöhte Bedeutung gewinnen. Zur Gebäudeheizung und für andere Zwecke der Wärmeversorgung wird die Kohle zweckmäßigerweise in brikettierter Form eingesetzt.

Als Brikettiermittel wurde in der Vergangenheit insbesondere Steinkohlenteerpech verwendet. Steinkohlenteerpech fällt als Rückstand der Teerdestillation als thermoplastisches Produkt mit einem Erweichungspunkt nach Krämer-Sarnow (nachfolgend als E.P. bezeichnet) von etwa 68 - 75°C (vgl. H.-G.Franck, G.Collin, Steinkohlenteer, Berlin 1968, S.96) an. Dieses Pech besitzt ausgezeichnete Bindemitteleigenschaften und ist daher als Brikettpech zur Herstellung von Kohlenbriketts verwendbar. Die mit Steinkohlenteerpech hergestellten Briketts haben jedoch den Nachteil, bei der Verbrennung übermäßig zu rauchen. Es hat deshalb nicht an Versuchen gefehlt, Steinkohlenteerpech durch raucharme Bindemittel zu ersetzen.

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Als Substitutionsprodukte für Steinkohlenteerpech zur Herstellung von Kohlebriketts haben vor allem Bindemittel auf Basis von Erdölbitumen (vgl.Zakar, Toth, Brennstoff-Chemie 39, 1958, S.373) praktische Bedeutung. Briketts, die unter Verwendung von Erdölbitumen als Bindemittel hergestellt werden, sind rauchärmer, besitzen aber gegenüber mit Steinkohlenteerpech gebundenen Briketts folgende Nachteile: Bindemittel auf Bitumenbasis besitzen gewöhnlich einen höheren Schwefelgehalt und verursachen deshalb eine gegenüber Steinkohlenteerpech höhere Schwefeldioxid-Emission. Außerdem ist wegen der flacheren Viskositäts-Temperaturkurve des Bitumens nach dem Brikettiervorgang eine längere Abkühlungszeit notwendig, um dem Brikett die notwendige Kaltdruckfestigkeit zu geben. Ein weiterer Nachteil von bitumengebundenen Briketts ist die geringere Warmdruckfestigkeit im Vergleich zu pechgebundenen Briketts. Daher kommt es beim Verfeuern zu einem stärkeren Zerfall der Briketts im Ofen, was einen geregelten und effizienten Abbrand stört.

Ein weiterer Nachteil ist die Unsicherheit in der langfristigen Bitumenverfügbarkeit.

Die beschriebenen Nachteile treten bei dem in DE-OS 27o8495 beschriebenen Bindemittel nicht auf. Dieses Bindemittel wird erhalten, indem ein Steinkohlenteerhartpech mit aus Steinkohlenteer oder durch Pyrolyse von Erdölfraktionen erhaltenen Kohlenwasserstofffraktionen auf einen E.P. von 5o-1oo°C, insbesondere 65-75°C eingestellt wird.

Da die Verfügbarkeit von Steinkohlenteerpech, das auch als Basis für die Herstellung von verbessertem Brikettpech nach DT-OS 27o8495 dient, für Brikettierzwecke begrenzest, besteht ein Bedarf an Bindemitteln mit der anerkannt guten Bindeeigenschaft von Steinkohlenteerpech, die darüberhinaus die aus Umweltschutzgründen notwendige Raucharmut besitzen. Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, ein Bindemittel zur Kohlebrikettierung zu finden, das die guten Bindeeigenschaften des Steinkohlenteerpechs zusammen mit den Vor-

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-.arteilen der Raucharmut besitzt und dessen Verfügbarkeit langfristig gesichert ist.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe durch die Verwendung eines Bindemittels für die Brikettierung von Kohlen und kohlenstoffhaltigen Materialien gelöst, welches dadurch erhalten wird, daß man aus einem durch Desintegrierung von zerkleinerter Kohle und/oder ähnlichen kohlenstoffhaltigen Rohstoffen mit Kohlenwasserstoffgemischen als Lösungsmittel unter Anwendung erhöhter Temperatur und Druckbedingungen

erhältlichen hocharomatischen, pechähnlichen Kohlenwertstoff zwischen 5 und 20 %, vorzugsweise 8 - 15 % leichtflüchtige Anteile abdestilliert und das erhaltene hartpechähnliche Produkt, das einen E.P. von 120 - 200⁰C, vorzugsweise 130 - 16O⁰C besitzt, mit steinkohlenteerstämmigen oder durch Pyrolyse von Erdölfraktionen erhaltenen Kohlenwasserstoff-Fraktionen vom Siedebereich 220 - 45O⁰C, vorzugsweise 260 - 400⁰C, auf einen E.P. von 50 - 100⁰C, vorzugsweise 65 - 75⁰C einstellt.

Als Kohlenwasserstoff-Fraktion zum Einstellen des gewünschten E.R's des Binderpechs wird vorzugsweise das bei der Steinkohlenteerdesti11ation erhaltene Anthracenöl nach Abtrennung des Rohanthracens durch Kristallisation eingesetzt (vgl. H.-G. Franck, 6. Collin, loc. cit. 1, S. 57). Der Siedebereich dieser Lösungsmittel erstreckt sich von 300 - 46O⁰C. Entsprechende mineral öl stämmige Fraktionen aus Crack- oder Raffinationsprozessen können ebenfalls zur Einstellung des gewünschten E.P.'s Verwendung finden.

Die zu Briketts zu formende Kohle ist über weite Bereiche variierbar. So können Braunkohlen, bituminöse Kohlen und Anthrazit brikettiert werden.

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-A-

Die erfindungsgemäß verwendeten Bindemittel ergeben bei der Kohlebrikettierung vergleichbar gute Kaltdruckfestigkeiten

wie Steinkohlenteerpech oder die gemäß DE-OS 27 08 495 aus Steinkohlenteerhartpech gewonnenen Bindemittel, die einer

Kraft nach den beschriebenen Versuchsbedingungen von ^ 2500 N

entsprechen.

überraschend hat sich jedoch gezeigt, daß die auf der Basis desintegrierter Kohle herstellbaren Bindemittel auch extrem raucharm sind und somit eine umweltfreundliche Verbrennnung gewährleisten. Ein weiterer Vorteil liegt in der stark reduzierten Geruchsbelästigung im Umgang mit aus desintegrierter Kohle hergestellten Briketts.

Die Herstellung der Bindemittel ist in den Beispielen 1 bis 3 beschrieben. Die Herstellung der hocharomatischen Kohlenwertstoffe als Ausgangspeche ist Gegenstand einer älteren Patentanmeldung P 29 35 039.8 der Anmelderin. Sie erfolgt dadurch, daß man Kohle mit höherem oder niederem Flüchtigengehalt mit aromatisierten Rückständen aus der Dampfpyrolyse von Erdölfraktionen in Kombination mit kohlestämmigen Aromatengemisehen mit einem mittleren Siedepunkt oberhalb 35O⁰C als Komplementärlösungsmittel, gegebenenfalls unter Zusatz weiterer Lösungsmittel desintegriert. Zur Einstellung des gewünschten E.P.'s wird in den nachfolgenden Beispielen das bei der Anthracenverarbeitung anfallende filtrierte Anthracenöl (loc. cit. 1, S. 57) eingesetzt. Die Beispiele 4 und 5 verdeutlichen die Vorteile der erfindungsgemäßen Bindemittel.

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In der Tabelle sind die Rauchzahlen der erfindungsgemäß hergestellten Bindemittel mit den bislang auf kohlenstämmiger Basis empfohlenen Brikettiermitteln verglichen. Dem Vergleich mit traditionellem Steinkohlenteerpech als Bindemittel kann man das günstige Rauchverhalten des erfindungsgemäßen Bindemittels entnehmen. Für die Bestimmung der Kaltdruckfestigkeiten und Rauchzahlen wurden zylindrische Briketts (Durchmesser 4 cm, Höhe 4 cm) hergestellt, indem 94,5 Teile Anthrazit (Siebanalyse: 0 - 0,05 mm = 3 *X; 0,05 - 2 mm = 17 %; 0,2 - 0,5 mm = 25 %; 0,5 - 2,0 im = 55 % und 5,5 Teile Bindemittel innig vermischt und bei 15O⁰C mit

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einem Druck von 4000 N/cm in einer Stempelpresse 1 see lang gepreßt wurden. Die Kaltdruckfestigkeiten wurden in einer Apparatur zur Bestimmung der Druckfestigkeit ermittelt, indem die zum Zerstören der Briketts erforderliche Kraft gemessen wurde.

Zur Bestimmung der Rauchzahlen hat sich die nephelometrische Methode als geeignet erwiesen. Bei diesem Verfahren wird die Trübung eines konstanten Luftstroms bei 600⁰C im Kaminabzug optisch gemessen. Durch diese Methode kann das Rauchverhalten der Briketts quantitativ beschrieben werden.

Beispiel 1

Entsprechend der in der älteren Patentanmeldung P 29 35 039.8 beschriebenen Methode wird ein pechähnlicher Kohlenwertstoff hergestellt durch Desintegration von 30 Gew.-Teilen Gasflammkohle (Typ Westerholt, Ruhr) mit 5 Gew.-Teilen Pechdestillat, 35 Gew.-Teilen Pyrolyserückstand aus der Spaltung von Gasöl, 10 Gew.-Teilen Steinkohlenteerpech, 20 Gew.-Teile Pechdestillat aus der Wärme/Druck-Behandlung

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von Steinkohlenteerpech. Das Gemisch wird dabei einer Reaktionstemperatur von 37o C, mit einem maximalen Druck von 36 bar und 3 h Reaktionszeit unterworfen. 15 Gew.-Teile des auf diese Weise erhaltenen Pechs wurden als Leichtsieder abgetoppt und 72 Gew.-Teile des so entstehenden Hartpech mit einem E.P. von 145°C mit 28 Gew.-Teilen filtriertem Anthracenöl auf einen Erweichungspunkt von 7o C eingestellt.

Die nephelometrisch ermittelte Rauchzahl ergab sich zu 1843
- 247. Der Schwefelgehalt beträgt 1,25 I. Kaltdruckfestigkeit
>25oo N.

Beispiel 2

Man verfährt wie in Beispiel 1. Zur Desintegration wird jedoch folgendes Lösungsmittelgemisch eingesetzt : 1o Gew.-Teile Pechdestillat, 2o Gew.-Teile Rückstandspech aus der Naphthapyrolyse (E. P. 88°C), 1o Gew.-Teile Pyrolyseöl aus der Dampfspaltung von Gasöl, 3o Gew.-Teile Pyrolyseöl aus der Dampfspaltung von
Naphtha. Von dem auf diese Weise erhaltenen Pech werden 13 Gew.-Teile leichtflüssige Bestandteile abgetoppt. Das Hartpech mit
einem E.P. von 135°C wurde mit 37 Gew.-Teilen filtriertem
Anthracenöl auf einen Erweichungspunkt von 69°C eingestellt.
Die nephelometrische ermittelte Rauchzahl ergab sich zu 1615
- 25o. Der Schwefelgehalt beträgt o,99 %. Kaltdruckfestigkeit
> 25oo N.

Beispiel 3

Man verfährt wie in Beispiel 1 und 2. Als Kohle werden 3o Gew,-Teile Flammkohle (Typ "Ensdorf", Saar) eingesetzt. Das Lösungsmittelgemisch setzt sich zusammen aus 1o Gew.-Teilen Pechdestillat aus der Wärme/Druck-Behandlung von Steinkohlenteerpech, 3o Gew.-Teilen Pyrolyseöl aus der Dampfspaltung von Naphtha und 1o Gew.-Teilen Pyrolyseöl-Rückstand aus der Dampfspaltung von Naphtha (E.P. 88°C). Durch Abtoppen von 8 Gew.-Teilen Leichtsieder erhält man ein Hartpech mit dem E.P. 132°C. Dieses Hartpech wird durch Zugabe von 27 Gew.-Teilen filtriertem
Anthracenöl auf einen E.P. von 72°C eingestellt.
Die Rauchzahl ergibt sich zu 1446 - 24o. Der Schwefel gehalt beträgt o,67 %. Kaltdruckfestigkeit > 25oo N.

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-r- f

Beispiel 4 (Vergleichsbeispiel)

Als Brikettiermittel wird ein gemäß der Patenschrift DT-OS 27o8495 auf steinkohlenteerstämmiger Basis aus Hartpech und filtriertem Anthracenöl hergestelltes Pech mit einem E.P. von 7o°C eingesetzt.
Die Rauchzahl wurde zu 152o - 25o gefunden.

Beispiel 5 (Vergleichsbeispiel)

Aus der Primärdestillation von Steinkohlenteer erhältliches Steinkohlenteerpech ι
zahl von 31oo - 5oo.

Steinkohlenteerpech mit einem E.P. von 73°C ergab eine Rauch-

Tabelle - Rauchzahlen von Brikettbindemitteln

Bindemittel

gemäß Beispiel 1:(Kohledesintegration) 1843 - 247

Bindemittel

gemäß Beispiel 2:(Kohledesintegration) 1615 - 25o

Bindemittel

gemäß Beispiel 3:(Kohledesintegration) 1446 - 24o

Bindemittel

gemäß Beispiel 4:(DT-OS 27o8495) 152o - 25o

Bindemittel

gemäß Beispiel 5:(Steinkohlenteerpech) 31oo - 5oo

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Claims

2344690 ROTGERSWERKE Aktiengesellschaft, D-6000 Frankfurt Pat-748-R Patentansprüche

1. Verwendung eines Bindemittels, welches dadurch erhalten wird, daß man aus einem durch Desintegrierung von zerkleinerter Kohle und/oder ähnlichen kohlenstoffhaltigen Rohstoffen mit Kohlenwasserstoffgemischen als Lösungsmittel unter Anwendung erhöhter Temperatur und Druckbedingungen erhaltenem hocharomatischen pechähnlichem Kohlenwertstoff zwischen 5 und 2o % leichtflüchtige Anteile abdestilliert und das erhaltene hartpechähnliche Produkt mit einem Erweichungspunkt (nach Krämer-Sarnow) von 12o - 2oo°C mit aus Steinkohlenteer und/oder durch Pyrolyse von Erdölfraktionen erhaltenen Kohlenwasserstoff-Fraktionen im Siedebereich 22o-45o C auf einen Erweichungspunkt von 5o-1oo C einstellt, zur Brikettierung von Kohlen und kohlenstoffhaltigen Materialien.

2. Verwendung eines Bindemittels nach Anspruch 1, bei dessen Herstellung ein hocharomatischer pechähnlicher Kohlenwertstoff eingesetzt wurde, aus dem zuvor 8 - 15 % leichtflüchtige Anteile abdestilliert worden sind.

3. Verwendung eines Bindemittels nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein pechähnlicher Kohlenwertstoff eingesetzt wird, der dadurch erhalten wurde, daß Kohle oder kohlenstoffhaltige Materialien mit aromatischen Rückständen aus der Dampf-

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pyrolyse von Erdölfraktionen in Kombination mit kohlenstämmigen Aromatengemisehen mit einem mittleren Siedepunkt oberhalb 35o als Komplementärlösungsmittel, gegebenenfalls unter Zusatz weiterer Lösungsmittel, bei Anwendung von Drücken bis 5o bar und Temperaturen zwischen 25o - 42o°C desintegriert worden sind.

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