Brikettierung


Brikettierung
Ein Brikett aus Braunkohle

Die Brikettierung ist ein Verfahren der Pressagglomeration von Materialien. Diese Zusammenballung der Partikel unter erhöhtem Druck erlaubt eine Verdichtung von Stäuben oder Spänen zu zylinderförmigen oder achteckigen Briketts. Zunächst für staubartige Feinkohle entwickelt, findet das Verfahren heute seine Anwendung für zahlreiche Materialien. So werden unter anderem Holzstäuben und -spänen zu Holzbriketts komprimiert, auch Schleif- und Fräsabfälle (Metalle, Schaumpolystyrol, Späne andere Kunststoffe), Ofenstäube, Torf, Altpapier, Feinfraktionen aus der Naturfaserverarbeitung und sogar Klärschlamm werden auf diese Weise verdichtet.

Inhaltsverzeichnis

Funktionsweise und Eigenschaften

Bei der Pressagglomeration werden aufgeschüttete Partikel durch Einwirkung äußerer Druckkräfte verdichtet. Dabei nimmt die Zahl der Kontaktflächen zwischen den Partikeln zu; durch die Umordnung der Partikel verringert sich die Porosität und durch die plastische Verformung im Kontaktbereich wird die Haftung stark erhöht. Infolge der dabei auftretenden hohen Reibungskräfte können dabei örtlich Versinterungsvorgänge auftreten. Mit der Brikettierung wird folglich einerseits das Volumen der zu brikettierenden Partikel erheblich reduziert (bei Holzbriketts etwa um den Faktor 1:6 - 1:8, bei Schaumpolystyrol sogar um den Faktor 1:200). Durch die Zusammenballung erhält das Material andererseits Eigenschaften, die denen von vergleichbarem massiven Material (z. B. Kohle, Massivholz usw.) ähneln oder ihnen gleichkommen.

Vorteile der Brikettierung gegenüber dem Ursprungsmaterial liegen vor allem in der hohen Dichte sowie bei brikettierten Brennstoffen in der hohen Energiedichte und der damit verbundenen Brennstoffhomogenität sowie den verbesserten Dosiermöglichkeiten. Mit der Agglomeration sind zudem logistische Vorteile verbunden (bessere Handhabbarkeit, geringe Staubentwicklung bei Umschlagprozessen) und aufgrund des geringen Wassergehalt vor allem bei Holzbriketts auch eine verbesserte Lagerstabilität. Durch Zuschlagstoffe können zudem die chemisch-technischen Eigenschaften verändert werden, beispielsweise die Brennstoffeigenschaften bei brikettierter Kohle und Holz. Der Hauptnachteil sind die entstehenden hohen Kosten für die Brikettierung (und auch Pelletierung), die insbesondere bei den Brennstoffen durch die hohe Nachfrage und die hohen Erdöl- und -gaspreise ausgeglichen werden.

Je höher der Staubanteil in der zu brikettierenden Fraktion, desto eher krümeln Briketts aus. Bei längerer Lagerung zerfallen sie eventuell. Bei Steinkohlenbriketts werden daher bei der Brikettierung Bindemittel wie Teer zugesetzt.

Verfahrensweisen

Couffinhal-Brikettpresse (um 1900)

Für die Brikettierung werden im Wesentlichen drei Verfahrensweisen angewendet. Neben den hauptsächlich eingesetzten Stangenpressen können auch Walzenpressen sowie ein Presskammerverfahren eingesetzt werden. Bei allen drei Verfahren werden die Partikel über einen äußeren Druck verdichtet. Heute werden zur Brikettierung fast ausschließlich nur noch hydraulische Brikettieranlagen eingesetzt. Zur Verminderung der Reibung und damit der Versinterung werden häufig Gleitmittel (etwa Glycerin, Graphit, Paraffine) zugegeben.

Der typische Leistungsumfang kleiner hydraulischer Brikettpressen liegt zwischen 50 und 100 kg/h. Bei Pressen zur Brikettierung von Holz oder Kunststoffen bedarf es besonderer Sorgfalt, dass keine Metallteile in die Presse gelangen und so Spannzangen oder andere Werkzeugteile beschädigen. Aufgrund der erheblichen hydraulischen Kräfte kann es häufiger zu Störungen kommen.

Strangpressverfahren

Strohbriketts aus dem Strangpressverfahren

Bei Stangen- oder Strangpressen erfolgt die Verdichtung in der Regel in Kolbenstrangpressen. Das vorgepresste Material wird in einen zylindrischen Kanal eingeführt und über einen Kolben verdichtet, der mechanisch über Schwungmassen oder über eine Hydraulik angetrieben wird. Der Pressdruck entsteht durch die Wandreibung des gepressten Stranges im Presskanal als Gegendruck zum Kolbendruck und kann durch Verjüngung des Presskanals geregelt werden. Durch den Pressdruck, der bei Holzbriketts beispielsweise bis 1.200 bar beträgt, entstehen sehr hohe Temperaturen im Presslingsstrang, die insbesondere bei größeren Anlagen über eine Kühlung reduziert werden müssen.

Neben den Kolbenstrangpressen können Brikettstränge auch durch Extruderpressen produziert werden. Die Verdichtung erfolgt hier durch eine Förderschnecke, die das Material zu einem Strang verpresst und durch den Extruderkopf nach außen drückt. Aufgrund des hohen Energieaufwandes werden die Pressen jedoch nur vergleichsweise selten benutzt.

Das gepresste Material tritt bei der Kolbenpresse im Rhythmus der Kolbenschläge und beim Extruder kontinuierlich aus den Presskanal aus und wird über eine Schiene zu einer Schnitt- und Brechvorrichtung geführt. Entsprechend der Abmessungen der Briketts werden die Schüttgut oder Stapelgut erzeugt. Für die Querschnittsform ist die Formgebung des Presskanals oder des Extruderkopfes verantwortlich, durch die Nutzung eines Matritzenkopfs mit mehreren parallelen Presskanalbohrungen können zudem Pellets hergestellt werden.

Walzenpressverfahren

Bei Walzenpressen (in der Regel mit einer Lochmatritze) wirkt der Walzendruck verdichtend. Das Verfahren wird vor allem für die Produktion von Eierkohlen, (in Österreich eher:) Eierbriketts, annähernd eiförmige Briketts (meist) aus Steinkohle. Bei genauer Betrachtung ist die Form länglich linsenförmig, damit die Stücke nicht davonrollen und sich dichter im Brennraum packen, sowie mit einer stumpfen umlaufenden Kante an der Pressnaht, damit das "Ei" hohen Pressdruck erfährt und gut aus der Hohlform in der Walze rutscht.

Presskammerverfahren

Im Presskammerverfahren erfolgt die Brikettherstellung nach einer Vorverdichtung über ein Schneckengetriebe in einer Presskammer. Dabei handelt es sich um eine feste Form, in die das Material in der Regel durch eine Hydraulik gedrückt und auf diese Weise verpresst wird. Nach dem Pressvorgang wird das fertige Brikett ausgestoßen und es erfolgt eine erneute Befüllung der Form. Die in der Regel rechteckigen Briketts sind formgleich und dadurch sehr gut stapelbar. Die Durchsatzleistung dieses Verfahrens ist in der Regel geringer als bei der Strangpressung, der Energiebedarf ist jedoch deutlich geringer und eine Kühlung des Materials ist nicht erforderlich.

Brikettierung von Abfallstoffen

Briketts aus verschiedenen Abfallstoffen

Die Pressagglomeration von metallischen und nicht metallischen Rohstoffen stellt einen wichtigen Beitrag für die Recyclingwirtschaft dar. Industrielles Abfallmaterial (Späne, Stäube, Schlämme etc.) wird in einer Brikettierpresse unter einem hohen Verdichtungsdruck komprimiert und zu Briketts verarbeitet. Die fertigen Briketts stellen einen wertvollen Sekundärrohstoff dar. So können Briketts, im Gegensatz zu losen Metallspänen, problemlos wieder eingeschmolzen werden. Bei der Brikettierung von Schleifschlämmen werden Kühl- und Schmiermittel ausgepresst, welche ebenfalls in den Kreislauf rückgeführt werden können. Aus ökonomischer Sicht stellt das Brikettieren von Abfallstoffen eine erhebliche Wertsteigerung des Ausgangsmaterials dar. Darüber hinaus ergeben sich Vorteile durch die Volumenreduktion für Lagerung und Transport des Materials.

Literatur

  • K. Schwister Taschenbuch der Verfahrenstechnik München, Fachbuchverlag Leipzig/Hanser 2007 (3. Auflage); ISBN 3-446-41058-9
  • Hans Hartmann, Janet Witt: Brikettierung. In: Martin Kaltschmitt, Hans Hartmann, Hermann Hofbauer (Hrsg.): Energie aus Biomasse. Grundlagen, Techniken und Verfahren. Springer Verlag, Berlin und Heidelberg 2009; S. 265-267. ISBN 978-3-540-85094-6.
  • Pucher, P., Konetschnik, S. (2008) Agglomeration von Fe- und Cu-haltigen Reststoffen. Leoben, Austria: Montanuniversität Leoben, Arbeitsbereich Nichteisenmetallurgie.

Weblinks


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