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Verfahren zum Brikettieren pulverförmiger Materialien, insbesondere
Brennstoffe Wenn fein verteilte Kohle oder andere Brennstoffe mit Teerkohlenpech
oder Petroleumrückständen brikettiert werden, so ist stets genügendes Bindematerial
notwendig, um alle Teile des zu brikettierenden Materials mit einem dünnen Hauch
des geschmolzenen Bindematerials zu überziehen. Erfindungsgemäß sind 71/" bis t
o % des bituminösen Bindematerials erforderlich, um zufriedenstellende Resultate
zu erzielen, während theoretisch weniger als 5% notwendig sind, um die gesamte Oberfläche
des pulverförmigen Materials mit dem geschmolzenen Bindemittel zu überziehen, wenn
man die Durchschnittsgröße der Brennstoffpartikel und die Viskosität des geschmolzenen
Bindemittels unter normalen Betriebsbedingungen voraussetzt. Der überschuß an Bindematerial,
den die Praxis benötigt, ist auf die ungleichmäßige Befeuchtung des Brennstoffes
mit dem geschmolzenen Bindemittel zurückzuführen, und dieser Mehraufwand bedeutet
nicht nur Mehrkosten, sondern hat auch den Nachteil, daß das Brikett leicht erweicht
und unnötigen Rauch ergibt, insbesondere, wenn es in offenen Öfen verbrannt wird.
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Den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet nun ein Verfahren
zum Brikettieren pulverförmiger Materialien unter Verwendung von festen, bituminösen
Materialien als Bindemittel. Das Neue und Wesentliche besteht darin, daß das zu
brikettierende Material mit einer wässerigen Bitumenemulsion gemischt wird, bei
der sich das Wasser in der Dispersionsphase in einem Öl befindet, das für das bituminöse
Bindematerial dergestalt eine Affinität besitzt, daß das Emulsionsagens eine stabile
Emulsion mit dem Öl zu bilden vermag.
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Dieses Verfahren stellt sich wesentlich billiger als die bisherigen
Brikettbindemittel, weil ein Gehalt von 5 bis 6% der Bitumenemulsion genügt, während
man bei anderen Bindemitteln 71/, bis 9%, Bitumengehalt des . Bindemittels aufwenden
mußte. Zudem bieten die Briketts in Gemäßheit des vorliegenden Verfahrens den Vorteil,
daß sie sich weniger schnell entzünden und infolge des gebundenen Wassers länger
halten, so daß die Briketts nicht so leicht zerfallen. Zum Teil beruht diese Erscheinung
auch darauf, daß die Bestandteile der Emulsion, welche bei dem vorliegenden Verfahren
Verwendung finden, infolge ihrer Anwesenheit im Innern der Dispersionsphase das
Bestreben haben, die Verbrennung zu regeln bzw. zu verzögern.
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Das Verfahren wird wie folgt ausgeführt: Der Brennstoff wird innig
mit nur 3 bis 6% Gewichtsteilen bituminöser Bindemittel gemischt, und bevor das
Material in den Mischkessel eingebracht wird, wird eine wässerige Emulsion zugesetzt,
bei welcher das
Bitumen in der Kontinuitätsphase, das Wasser in
der Dispersionsphase sich befindet. Diese Emulsion besteht aus rohem, schwerem Petroleum
oder Teeröl oder sonst einem öl, welches eine natürliche Verwandtschaft mit dem
zur Verwendung kommenden bituminösen Bindemittel besitzt und aus einem Emulsionsagens
besteht, welches die Bindung einer genügend stabilen Emulsion mit vorgenannten ölen
ermöglicht. Als Emulsionsagens kann vorteilhaft ein Klebstoff verwandt werden, obwohl
dies nicht unbedingt notwendig ist. Die Emulsion für den vorliegenden Erfindungszweck
gehört zu den sogenannten M-asser-in-öl-Emulsionen, wobei sich das 'Wasser in der
Dispersionsphase, das öl in der Kontinuitätsphase befindet. Diese Dispersiorisphase
des Wassers in öl ist von besonderer Bedeutung; sie wirkt sich in zweifacher Hinsicht
aus. Zunächst wirkt das Öl der Emulsion dergestalt auf den Bitumengehalt des Brennstoffs
ein, daß ein Produkt von mittlerem Schmelzpunkt und geringerer Viskosität entsteht,
so daß ein härteres Pech oder Asphalt für sich allein für den Brikettierungsprozeß
Verwendung finden kann. Der Spaltprozeß wird dadurch außerordentlich erleichtert
und eine gleichmäßigere bessere Mischung mit dem zerkleinerten Brennstoff ermöglicht.
' Ferner wird das Emulsionsagens, welches allgemein eine wässerige Lösung, aber
auch eine Pseudolösung sein kann, die Dispersion des Wassers in dem Asphalt oder
Pech außerordentlich erleichtern, besonders wenn das Asphalt oder Pech durch die
Ölphase verflüssigt ist, wenn das Emulsionsagens mit dem Bitumen bei einer Temperatur
von 8o bis roo° C in Berührung kommt. Das ist die normale Temperatur, bis zu welcher
Brennstoff und Bindemittel in dem Mischprozeß erhitzt werden. Würde sich das Wasser
in der. Kontinuitätsphase befinden, so würde das Wasser bei dieser Temperatur ohne
weiteres ausgetrieben werden; dadurch aber, daß es sich in der Dispersionsphase
befindet, ist es möglich, den Wassergehalt durch den gesamten Prozeß hindurchzuführen.
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Die Dispersion des Wassers in dem Bitumen ist für die vorliegende
Erfindung von ausschlaggebender Bedeutung. Sie ermöglicht, die zu agglomerierenden
Bestandteile vollständig einzuhüllen, was während der endgültigen Bearbeitung erreicht
wird.
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Es sind bereits verschiedene Vorschläge gemacht worden, einmal, um
Wasser in bituminöse Basen einzubetten, oder die Bitumen in Wasser zu emulsionieren
und diese Emulsionsprodukte als Bindemittel für fein verteilte Brennstoffe zu benutzen.
Aber die vorliegende Erfindung unterscheidet sich wesentlich von diesen bekannten
Vorschlägen. Was die Dispersion von Wasser in bituminösen Basen anbetrifft, so wird
nicht nur eine besondere Anlage und Operation benötigt, um die Dispersion des Wassers
in Bitumen vorzubereiten, sondern die resultierenden Produkte sind nur halb fest,
sie sind klebrig und außerordentlich schwierig zu mahlen. Darüber hinaus verlieren
sie bei dem Mahlprozeß einen wesentlichen Teil des Wassergehaltes.
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Weitere Nachteile ergeben sich aus dem Gebrauch solcher Verbundbinder,
da sie außerordentlich kostspielig in der Herstellung und in der Bearbeitung sind
und außerdem eine verhältnismäßig schwierige Arbeitsweise voraussetzen, da sie eine
sehr lange Arbeitszeit benötigen, bis die heiße, elastische Masse zunächst hergestellt
werden kann und alsdann genügend abkühlen iriuß, bis eine Befestigung eintritt und
bis das Material desintegriert werden kann. Infolgedessen scheiden alle diese Arbeitsmethoden
aus.
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Was nun die Emulsionierung von Bitumen in Wasser anbetrifft, die als
Bitumenemulsionen bekannt sind, so stellt das Wasser in diesen Emulsionen die Kontinuitätsphase
der Emulsion dar. Solche Emulsionen können mit der vorliegenden Erfindung nicht
hergestellt werden. Die vorliegende Erfindung verursacht die Dispersion des Wassers
in Bitumen, wobei das Bitumen die Kontinuitätsphase darstellt. Die Emulsion wird
momentan erzeugt, wenn die verschiedenen Bestandteile zusammengebracht und in einem
Mischer erhitzt werden. Weiterhin ist eine wesentliche Bedingung der Emulsionierung
des Bitumens in Wasser der Gebrauch von Bitumen, welches bei ungefähr dem Siedepunkt
des Wassers oder darunter schmilzt, während ein wichtiges Kennzeichen der vorliegenden
Erfindung gerade darin besteht, daß Bitumen mit einem Schmelzpunkt von mehr als
roo° C verwandt werden. Derartige Materialien können unmöglich bei irgendwelchen
Emulsioniertulgen in Wasser bei irgendeinem bekannten Verfahren benutzt werden.
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Es ist deshalb klar, daß die vorliegende Erfindung sich nicht auf
die Verwendung weder der vorher bekannten Dispersion von Wasser in Bitumen stützen
kann oder auf die früher verwandten Emulsionen von Bitumen in Wasser. Vielmehr stützt
sich die vorliegende Erfindung auf den Gebrauch von Emulsionen von öl und Wasser,
welche der Mischung des Brennstoffes mit dem bituminösen Bindematerial zugefügt
werden. ölmischungen mit irgendwelchen Mitteln für die Verseifung oder Verfestigung
hat man
wohl auch schon Brennstoffen oder Straßenbaumaterialien
und Pech oder anderen bituminösen Bindematerialien zugefügt, aber für vollständig
andere Zwecke und dementsprechend unter vollständig anderen Bedingungen und Resultaten.
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Die Emulsionen in Gemäßheit der vorliegenden Erfindung können in verschiedener
Weise hergestellt werden. Man kann die Herstellungsmethoden aber in zwei Hauptklassen
einteilen: i. Emulsionen von Wasser und öl, die folgendermaßen hergestellt werdIen:
Eine oder mehrere der nachbenannten Substanzen, die vorgängig in Wasser gelöst sind,
werden allmählich unter ständiger Umrührung in einem Emulsionierungskessel mit schwerem
Petroleumbrennöl, das entweder eine asphaltische oder eine Paraffinbase besitzt,
vermischt. Als solche Bestandteile kommen in Frage die Chloride, Sulfate, Nitrate,
Carbonate oder Hydroxyde der alkalischen Metalle oder des Ammoniaks, fernerhin die
Chloride oder Nitrate der alkalischen Erdmetalle, die Silikate und die Alkalimetalle.
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2. Emulsionen von Wasser in öl, die in der gleichen Weise hergestellt
werden wie vorher, jedoch nur mit dem Unterschied, daß an Stelle der Lösungen von
mineralischen oder anorganischen Salzen organische, kolloidale Lösungen oder Suspensionen
benutzt werden, welche einen hohen Grad von Viskosität besitzen und welche selbst
außerordentliche klebrige Eigenschaften aufweisen. Typische Emulsionslösungen dieserArt
sind solche von kaseinsaurem Natrium (sodium caseate), Gelatine oder Leim, Natriumalginat,
pektinsaurem Natrium, tanninsaurem Natrium oder Sulfitcelluloseabwässerentweder
in saurem Zustande oder neutralisiert mittels Ätznatron. Typische Emulsionssuspensionen
werden durch Kochen, vorzugsweise unter Druck, aus der Pülpe vom Getreide, wie beispielsweise
Mais, Weizen, Gerste, von Knollengewächsen, Kartoffeln, Beete oder von Pflanzen
und Gewächsen, wie beispielsweise von Wasseralgen von Meer- und Süßwasser, mit kohlensaurem
Natron oder Natriumhydroxyd hergestellt.
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Die in Frage stehenden Emulsionen bestehen allgemein zu einem Teil
aus Brennstofföl, zu einem bis sechs Gewichtsteilen aus wässeriger Lösung oder Suspension.
Die Art und Weise, in welcher die vorliegende Erfindung für die Brikettierung der
Brennstoffe ausgeführt wird, ist nun folgende: Der Brennstoff wird innig mit drei
bis sechs Gewichtsteilen von Erdasphalt, Petroleumrückständen oder anderem Pech,
das von der Destillation von Teer oder Mineralölen zurückbleibt, gemischt. Diese
innige Mischung kann entweder unter vorgängigem Mahlen des genannten Asphaltes oder
Pechs erfolgen, oder es können diese letzteren in geschmolzenem Zustand beigefügt
werden. Nach der innigen Mischung wird eine Emulsionsmenge ungefähr i bis 40,/o
des Brennstoffgewichts der Brennstoffbindemittelmischung beigefügt. Die Mischung
des Brennstoffs und Bindemittels mit der Emulsion wird vorteilhaft in kaltem Zustande
ausgeführt. Die flüssige oder teigförmige Emulsion wird in der Weise zugefügt, daß
die Emulsion durch die gesamte Brennstoffmasse so gleichmäßig als möglich im ersten
Augenblick verteilt wird, und die drei Bestandteile, Brennstoff, Bitumen und Emulsion,
werden dann ferner einem Kaltmischprozeß unterworfen, vorteilhaft unter Anwendung
eines Quirlmischers oder anderer mechanischer Mischer, welche eine möglichst gleichmäßige
Durchmischung bewirken, bevor das Material in den Schlußmischer gelangt, in welchem
es vor der Brikettierung erhitzt wird.
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Ausführungsbeispiel i Anthrazit wird brikettiert mit 60,'o Petroleumasphalt
mit einem Schmelzpunkt von 120'C und - 1,20,'o einer Emulsion, die zu gleichen Gewichtsteilen
aus mexikanischem Brennöl und 2oprozentiger Pottaschelösung besteht.
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Ausführungsbeispiel 2 Anthrazit wird brikettiert mit 60'o Petroleumasphalt
(Schmelzpunkt 12o° C) mit i,80,'o einer Emulsion aus einem Teil mexikanischem Brennöl
zu zwei Teilen einer 5prozentigen Lösung kaseinsauren Natriums.
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Ausführungsbeispiel 3 Welsche Dampfkohle wird brikettiert mit 50,'o
Petroleumasphalt (Schmelzpunkt 14O' C) mit 2% einer Emulsion aus gleichen Teilen
mexikanischem Brennöl und 2prozentiger Natriumalginatlösung.
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Ausführungsbeispiel ¢ Verkohlte Lignite aus Canada werden brikettiert
mit 6% Petroleumasphalt (Schmelzpunkt 12o° C) mit 3,20/ö einer Emulsion, die aus
einem Teil mexikanischem Brennöl und vier Teilen Pülpe besteht, wobei die Pülpe
durch Kochen gleicher Gewichtsteile von Kartoffeln und Wasser mit i % Natriumsilikat
unter Druck erzeugt wird.
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Ausführungsbeispiel 5 Neuseelandschlacke wird brikettiert mit 60;'o
Petroleumasphalt (Schmelzpunkt 12o° C) mit i,8% einer Emulsion, die zu gleichen
Teilen aus mexikanischem Brennöl, Sulfitcelluloseabwässern
von.
1,3 spezifischem Gewicht und Wasser besteht.
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Alle die vorstehenden Ausführungsbeispiele geben Briketts, welche
be"ungefähr 3oo Kilo, pro Quadratzentimeter gepreßt werden.
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Das Wesentliche für den Brikettierungser; folg besteht darin, daß
die einzelnen Be- -standteile, welche zusammen erhitzt und gemischt werden, unmittelbar
bevor sie geformt und gepreßt werden, zusammengebracht werden, nämlich die -Brennstoffe,
die zu brikettieren sind, die bituminösen Materialien, welche als Bindemittel auftreten,
und die Emulsion, welche allein dazu dient, die Wirksamkeit des Bindemittels zu
unterstützen.
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Es wird keineswegs eine Emulsion für sich allein als Bindemittel beansprucht.
Die Emulsionen, die in den vorher ausgeführten Ausführungsbeispielen angeführt sind,
sind nicht in der Lage, für sich allein Briketts aus Kohle abzubinden. Dasjenige,
was für die vorliegende Erfindung von Bedeutung ist, ist die Dispersion des Wassers
in das bituminöse Bindematerial in dem Augenblick, wenn die Mischung für den Brikettierungsprozeß
vorbereitet ist, wobei die Dispersion die Viskosität des Bindemittels so weit vergrößert,
daß auch bei feinster Vermahlung des Brennstoffes alle Bestandteile vollständig
umhüllt «.erden, wodurch der Bindeprozeß außerordentlich begünstigt wird. Es ist
weiterhin von Bedeutung für die Ausführung, daß die Emulsion ohne Veränderung in
ihrer ursprünglichen flüssigen Form verbleibt und verwandt wird, bis zu dem Augenblick,
wo die Emulsion der Brennstoffbindemittel-> mischung beigefügt wird.