Umweltfreundliche Kohlebriketts und Verfahren zu deren Herstellung

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft umweltfreundliche Kohlebriketts. Sie betrifft insbesondere umweltfreundliche Kohlebriketts, bei denen die Schadstoffemissionen erheblich vermindert sind und man eine deponierfähige Asche erhält. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung solcher umweltfreundlichen Kohlebriketts.

[0002] Beim Verbrennen von fossilen Brennstoffen sind die mit den Verbrennungsgasen an die Umwelt abgegebenen Emissionswerte von erheblicher Bedeutung. Die Verbrennungsgase enthalten unter anderem das besonders schädliche SO₂ und Chlor, sowie auch Nitrose-Gase. Die an die Atmosphäre abgegebenen Verbrennungsgase verteilen sich in der Atmosphäre und werden dort durch Regen aufgenommen und können dann als sogenannter "saurer Regen" auf die Erdoberfläche zurückkommen.

[0003] Der Schaden, der durch die Emission angerichtet wird, ist außerordentlich groß und es bestehen gesetzliche Vorschriften, durch welche die zulässigen Schadstoffemissionswerte bei Verbrennungsanlagen festgelegt werden.

[0004] Für Großfeuerungsanlagen, also Kraftwerke oder auch Müllverbrennungsanlagen, liegen gesetzliche Vorschriften zur Verminderung der Emissionswerte vor. Man kann eine Verbesserung und Verminderung der Emissionswerte durch entsprechende Gaswäscher und Staubfilter erhalten. Bekannt ist es auch, durch entsprechende Zuschlagsstoffe zum Verbrennungsgut die Emissionswerte zu verringern und die Deponierfähigkeit der Asche zu verbessern. So wird unter anderem in der DE-PS 33 30 843 ein Verfahren zum Vermindern der Schadstoffemission beim Betrieb von Verbrennungseinrichtungen beschrieben, bei dem man in der Verbrennungsanlage dem Verbrennungsgut bestimmte Zusatzstoffe zugibt und diese Zusatzstoffe dann im Verbrennungsraum bei hohen Temperaturen mitverbrennt.

[0005] Während man für Müllverbrennungsanlagen und Grossfeuerungsanlagen durch entsprechende Nachrüstung, z.B. Trocken- oder Naßfilter, oder durch die vorerwähnten Zusatzstoffe die angestrebte Verminderung der Emissionswerte und die Erzielung einer deponierfähigen Asche bewirken kann, sind diese Möglichkeiten bei den zahlreichen kleineren Verbrennungsanlagen in mittleren und kleinen Industrie- und Handwerksbetrieben sowie im gesamten Hausbrand nicht möglich. In kleinen Betrieben, z.B. Bäckereien, aber auch in den Haushalten wird Kohle in Form von Briketts, und zwar sowohl Steinkohle als auch Braunkohle, verbrannt und die entstehenden Abgase werden in aller Regel ohne jede Reinigung an die Atmosphäre abgegeben. Die Asche wird verworfen und wird bei den Kleinhaushalten zum üblichen Müll gegeben. Die Summe der zahlreichen Haushalte und kleinen Betriebe, in denen Briketts verfeuert werden, trägt in erheblichem Masse zur Luftverschmutzung bei, und im gleichen Masse findet durch die dabei anfallende Asche eine Verschmutzung des Bodens und des Grundwassers statt.

[0006] Aufgabe der Erfindung ist es, Briketts auf Basis von Braun- oder Steinkohle zur Verfügung zu stellen, die eine umweltfreundliche Verbrennung ermöglichen, bei denen also die Abgase weitgehend oder vollständig frei von SO₂, Chlor und Nitrose-Gasen sind, und bei denen darüber hinaus auch die Asche die Schadstoffe so eingebunden enthält, daß die Asche deponierfähig ist und nicht zur Boden- und Grundwasserverschmutzung beiträgt.

[0007] Diese Aufgabe wird durch Briketts gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst.

[0008] Das Brikettieren von Steinkohle für ihre Verwendung, z.B. im Hausbrandsektor, ist bekannt. Die gewaschene Feinkohle wird dabei zunächst getrocknet und auf einen niedrigen Restwassergehalt gebracht und wird zusammen mit dem bei der Sichtung anfallenden Staub brikettiert. Grobes Korn wird vorher zerkleinert. In der Regel beträgt die Korngröße zur Herstellung von Eierbriketts etwa 6 mm und von Nussbriketts etwa 3 mm. Bei Braunkohle wird die getrocknete, feine Kohle mit einer Größe von bis zu 3 mm und bei einem Druck von etwa 1000 bar zusammengepreßt. Für die Steinkohle gibt man beim Brikettieren in der Regel noch etwa 5 bis 7,5 Masse-% Bindemittel, wie Pech, hinzu. Bekannt ist es auch, zur Verringerung der Umweltverschmutzung Sulfitablauge anstelle von Pech als Bindemittel zuzugeben. Bei den erfindungsgemäßen Briketts sind diese Bindemittel nicht erforderlich, weil die Zusatzstoffe bereits als Bindemittel dienen, insbesondere die Zusatzstoffe der Komponente (b).

[0009] Ausgangsprodukte für die Herstellung der erfindungsgemäßen Briketts können auch Kohleaufschlämmungen mit hohem Wassergehalt sein. Solche Kohleaufschlämmungen fallen beispielsweise beim Waschen der Kohle an oder wenn man Kohle zum leichteren Transportieren in Pipelines fein mahlt und in Wasser suspendiert. Solche wasserhaltigen Kohleprodukte sind erfindungsgemäß für die Verarbeitung zu Briketts geeignet. Die Mengen an Zusatzstoffen beziehen sich in allen Fällen auf den Trockengehalt in dem fertigen Brikett.

[0010] Die erfindungsgemäßen Briketts können in der für Stein- oder Braunkohlebriketts üblichen Weise auf den hierfür vorgesehenen Vorrichtungen brikettiert werden. Unabhängig davon, ob es sich um Braunkohle oder Steinkohlebriketts in Eier-, Nuß- oder der üblichen Brikettform handelt, wird dem zu brikettierenden Kohlekorn erfindungsgemäß eine Mischung zugegeben, bestehend aus

(a) Spezialkalk T, enthaltend Calciumcarbonat und hexagonalen Kohlenstoff; sowie

(b) Rückstandsprodukte aus der Zuckerindustrie, nämlich:

(i) sirupartige Melasse,

(ii) Festsubstanz aus der Rübenreinigung, sowie

(iii) Carboschlamm aus der Zuckerfertigung.

[0011] Das Verhältnis der Komponente (a) zur Komponente (b) kann bei 30:70 bis 70:30 liegen.

[0012] Die Komponenten (a) und (b) werden den zu brikettierenden Kohlekörnern in Mengen zugegeben, die zwischen 3 und 12 Gew.-Teilen, bezogen auf 100 Gew.-Teile der trockenen Kohle, liegen. Vorzugsweise beträgt das Verhältnis 4 bis 12 Gew.-Teile Zusatzstoffe pro 100 Gew.-Teile trockener Kohlegrundmasse. Dabei erfolgt die Auswahl des Verhältnisses der Komponenten (a) und (b) und auch der Komponenten innerhalb der der Komponente (b) entsprechend den Erfordernissen. Dies heißt mit anderen Worten, daß man den Schwefel- und Chlorgehalt der zu verbrennenden Kohle kennt und entsprechende Mengen der vorgenannten Zusatzstoffe zugibt, wobei man aus Sicherheitsgründen eine 2- bis 3-fach stöchiometrische Überschußmenge dieser Zusatzstoffe verwendet.

[0013] Der Zuschlagsstoff (a) ist ein Spezialkalk T aus der chemischen Industrie. Dieser Spezialkalk enthält im wesentlichen Calciumcarbonat (etwa 85 %), sowie 9 bis 11 % hexagonalen Kohlenstoff. Ein solcher grafit- und kalkhaltiger Spezialkalk fällt z.B. bei der Kalkstickstoffherstellung in großen Mengen an und mußte bisher auf die Halde geworfen werden.

[0014] Durch den in Kalk enthaltenen, hexagonalen Kohlenstoff wird auf der Verbrennungsoberfläche eine momentane Flammenreaktion unterbunden. Der durch den hexagonalen Kohlenstoff erzielte Glüheffekt erhöht die Affinität der Schadstoffe zum Teil.

[0015] Als zweite Komponente (Komponente (b)) kommen Rückstandsprodukte aus der Zuckerindustrie zur Verwendung, nämlich

(i) sirupartige Melasse,

(ii) Festsubstanz aus der Rübenreinigung, sowie

(iii) Carboschlamm aus der Zuckerfertigung.

[0016] Die aus der Zuckerindustrie stammenden Rückstandsprodukte können einzeln oder in Kombination eingesetzt werden. Die Komponente (ii) erhöht die Kristallisation der Schlacke und die Einbindung von Festschadstoffen.

[0017] Die Komponente (iii), die bis ca. 80 Gew.% schadstoffbindende Kalkanteile enthält, trägt auch zur Verbrennung bei.

[0018] Auch diese Stoffe, die in der Zuckerindustrie anfallen, galten bisher als Abfallstoffe, die nicht oder nur schlecht verwertbar waren.

[0019] Die Komponenten (i), (ii) und (iii) liegen vorzugsweise in einem Gewichtsverhältnis von ca. 4:4:92 vor. Selbstverständlich sind innerhalb dieser Bereiche weitere Änderungen, je nach der Zusammensetzung der Kohle, möglich.

[0020] Es ist möglich, die Komponenten (a) und (b) vorzumischen und dann in vorgemischter Form zu dem zu brikettierenden Kohlefeinkorn zu geben. Ebenso kann man aber auch die Zuschlagsstoffe einzeln dem Kohlefeinkorn zugeben, worauf man dann die Brikettierung in an sich bekannter Weise in den hierfür bekannten Vorrichtungen durchführt.

[0021] Es ist möglich, die Zuschlagsstoffe der Kohle auch schon vor dem Trocknen zuzugeben. In diesem Fall muss man selbstverständlich die Mengen der Zuschlagsstoffe auf das Trockengewicht der Kohle, d.h. nach Abzug der Feuchtigkeit, berechnen.

BEISPIEL 1

[0022] Herstellung von umweltfreundlichen Steinkohlebriketts:
Gemahlene Rohkohle wird gesichtet und das grobe Gut wird naß aussortiert. Die gewaschene Feinkohle wird in einem Trommeltrockner auf einen niedrigen Restwassergehalt gebracht und mit dem bei der Sichtung anfallenden Staub vermischt. Zu je 100 kg dieses Brikettiergemisches mit einer oberen Korngrenze von etwa 3 mm, gibt man:
2,00 kg Spezialkalk T
0,08 kg sirupartige Melasse
0,04 kg Festsubstanz aus der Rübenreinigung und
1,88 kg Carboschlamm aus der Zuckerfertigung.

[0023] Dieses Brikettiergemisch wird unter Zufügung von überhitztem Dampf in Knetwerken zu einer plastischen Masse verarbeitet und in einer Walzenpresse zu Nußbriketts mit einem Gewicht von 18 bis 24 g verpreßt.

[0024] Zum Vergleich wird ein gleicher Ansatz hergestellt, bei dem jedoch die erfindungsgemäß zugegebenen Zuschlagsstoffe nicht zugegeben werden. Anstelle dieser Zusatzstoffe gibt man zum Binden des Kohlekorns 4 kg Pech auf je 100 kg des Brikettiergemisches zu. Man erhält folgende Abgaswerte nach der Verbrennung:

[0025] Bei den erfindungsgemäßen Briketts
31 mg/m³ SO₂
141 mg/m³ NO_x
nicht nachweisbar Cl₂

[0026] Bei den Briketts ohne erfindungsgemäße Zuschlagsstoffe erhält man folgende Werte:
587 mg/m³ SO₂
286 mg/m³ NO_x
nicht nachweisbar Cl₂

[0027] Die Meßwerte beziehen sich jeweils auf Normalkubikmeter.

BEISPIEL 2

[0028] Rheinische Braunkohle, die zur Brikettierung bestimmt ist, fällt in der Regel als getrocknetes, feines Kohlekorn mit einer Größe bis zu 3 mm an. Herkömmlicherweise wird dieses Kohlekorn mit einem Druck von etwa 1000 bar zu Langform-Briketts verpreßt. Zu 100 kg des feinen Kohlekorns mit einer Größe von bis zu 3 mm werden erfindungsgemäß gegeben:
2,5 kg Spezialkalk T
0,1 kg sirupartige Melasse
0,5 kg Festsubstanz aus der Rübenreinigung
1,9 kg Carboschlamm aus der Zuckerfertigung.

[0029] Dieses Gemisch wird zu Langform-Briketts unter einem Druck von 1000 bar verpreßt.

[0030] Zum Vergleich wird ein gleicher Ansatz hergestellt, bei dem jedoch die erfindungsgemäß zugegebenen Zuschlagstoffe nicht zugegeben werden. Die Bindung der Braunkohlebriketts erfolgt mit 4 kg Pech.

[0031] Man erhält folgende Abgaswerte nach der Verbrennung:
Bei den erfindungsgemäßen Briketts
10 mg/m³ SO₂
70 mg/m³ NO_x
nicht meßbar Cl₂

[0032] Bei den Briketts ohne erfinderische Zuschlagsstoffe erhält man folgende Werte:
684 mg/m³ SO₂
312 mg/m³ NO_x
nicht meßbar Cl₂

[0033] Sowohl im Beispiel 1 wie beim Beispiel 2 erhält man eine Asche, in welcher die Schadstoffe so eingebunden sind, daß die Asche deponierfähig ist.

Ansprüche

1. Stein- oder Braunkohlebrikett, dadurch gekennzeichnet, daß es auf 100 Gew.-Teile feinkörniger, trockener Kohlegrundmasse zusätzlich enthält:
insgesamt 3 bis 12 Gew.-Teile

(a) Spezialkalk T, enthaltend Calciumcarbonat und hexagonalen Kohlenstoff, sowie

(b) Rückstandsprodukte aus der Zuckerindustrie, ausgewählt aus
(i) sirupartiger Melasse,
(ii) Festsubstanz aus der Rübenreinigung, sowie
(iii) Carboschlamm aus der Zuckerfertigung.

2. Brikett gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf 100 Gew.-Teile der feinkörnigen trockenen Kohlegrundmasse 4 bis 8 Gew.-Teile der Komponentn (a) und (b) enthalten sind.

3. Brikett gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Komponente (a) zu dem der Komponente (b) 30:70 bis 70:30 (auf das Gewicht bezogen) beträgt.

4. Brikett gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponenten (i), (ii) und (iii) in einem Gewichtsverhältnis von ca. 4:4:92 vorliegen.

5. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die trockene Kohlegrundmasse eine Teilchengröße zwischen 0,1 und 8 mm hat.

6. Verfahren zur Herstellung von Briketts gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man zu je 100 Gew.-Teilen der trockenen, teilchenförmigen Kohlemasse 3 bis 12 Gew.-Teile Zusatzstoffe, nämlich (a) Spezialkalk T, enthaltend Calciumcarbonat und hexagonalen Kohlenstoff, sowie
(b) Rückstandsprodukte aus der Zuckerindustrie, ausgewählt aus
(i) sirupartiger Melasse,
(ii) Festsubstanz aus der Rübenreinigung, sowie
(iii) Carboschlamm aus der Zuckerfertigung,
zugibt.

7. Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man zu 100 Gew.-Teilen der trockenen teilchenförmigen Kohlemasse 4 bis 8 Gew.-Teile der Zusatzstoffe (a) und (b) zugibt.

8. Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Komponente (a) zu der Komponente (b) 30:70 bis 70:30 (auf das Gewicht bezogen) beträgt.

9. Verfahren gemäß Ansprüchen 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponenten (i), (ii) und (iii) in einem Gewichtsverhältnis von ca. 4:4:92 vorliegen.

10. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Kohlegrundmasse eine feinkörnige, wässrige aufgeschlemmte Kohle verwendet wird.