Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur quasi-kontinuierlichen Zuführung von polydispersen Schüttgütern in druckaufgeladene Räume mittels einer Feststoffpumpe in Form einer Stopfpresse mit großer Durchsatzleistung und bei hoher Sicherheit gegen Gasdurchbruch bei Drücken bis 100 bar.

Die (Brikett-)Strangpresse, auch bekannt als Exter- oder Formkanalstempelpresse, wird seit 1858 in großem Maßstab zur Braunkohlenbrikettierung genutzt. Dabei wird Kohle nach einer Vorbereitung durch Trocknung und Zerkleinerung über einen Füllschacht in einen offenen, waagerechten Formkanal gefüllt (Füllphase). Ein oszillierender Pressenstempel drückt das zu verpressende Gut im Formkanal in seiner Vorwärtsbewegung gegen bereits erzeugte Briketts, die in ihrer Hintereinanderreihung einen Brikettstrang bilden. Durch die Wandreibung des Strangs im Formkanal nimmt der Pressdruck zu und das Brikettiergut verdichtet sich (Kompressionsphase). Der Pressbereich wird somit von den Wänden des Formkanals, der Stempelschlagfläche und der Schlagfläche des zuletzt verpressten Briketts, des sog. „Primärbriketts", begrenzt. Bei Überschreitung des maximalen Pressdrucks schiebt der Pressenstempel den Brikettstrang im Formkanal um die Brikettdicke des eben erzeugten Briketts vorwärts (Phase des Vorschubs), bis er seine vordere Totlage erreicht hat. Nach einer Rückwärtsbewegung des Pressenstempels (Phase des Leerhubs und der Rückexpansion der Briketts) beginnt der Arbeitszyklus erneut mit der Füllphase.

Eine Optimierung der verfahrenstechnischen und stofflichen Einflussgrößen erlaubt eine bindemittellose Herstellung von Braunkohlenbriketts mit hoher Festigkeit. Hierfür sind u.a. Pressdrücke zwischen 600-1500 bar, eine optimale Körnung des Brikettierguts von zum Beispiel 0-4 mm sowie ein optimaler Brikettiergut-Feuchtegehalt notwendig. Die Brikettierung von nicht- oder schwachbackenden Steinkohlen sowie Kohlestäuben gelingt in einer Brikettstrangpresse bisher nur durch eine Zumischung von Bindemitteln zum Brikettiergut oder durch eine Voragglomeration der Stäube. [H. Krug, W. Naundorf: Braunkohlenbrikettierung 2, Abschnitt e, VEB Deutscher Verlag der Grundstoffindustrie, Leipzig, 1984; J. Schmidt: Technologie der Gaserzeugung, Band 1 - Entgasung und Verkokung, VEB Deutscher Verlag der Grundstoffindustrie, Leipzig, 1964]

Eine neuartige Nutzung der Strangpresse wird in DE 10 2011 116 031 A1 vorgeschlagen. Als Alternative zu herkömmlichen Feststoffeinspeisesystemen ermöglicht eine Strangpresse mit speziellem Presswerkzeug die direkte Zuführung von Braunkohle oder anderen brikettierbaren Brennstoffen bzw. Brennstoffgemischen in Räume, die bei hohen Drücken bis 65 bar arbeiten. Das Presswerkzeug besteht aus einem kühlbaren Grundträger mit Formkanal. Der Formkanal wird aus Verschleißhülsen gebildet und ist in einen Pressbereich, einen Bereich der Verengung und in einen Bereich der Erweiterung unterteilt. Über einen Kohleeintrag wird zerkleinerte Braunkohle mit dem Pressenstempel im Pressbereich mit einem Pressdruck von 800 bis max. 1800 bar und unter Kühlung zu Briketts verpresst.

Ein schleusenloses Eintragssystem von Brennstoffen in einen Vergaser mittels Brikettiervorrichtungen wird auch in DE 24 55 571 A1 bzw. DD 121 647 A1 vorgestellt.

Die Verwendung von Strangpressen für die Einführung von Feststoffen wie Kohle in druckaufgeladene Vergaser hat diverse Vorteile gegenüber konventionellen Einspeisesystemen. Beim Einsatz von Feststoffschleusen mit trockenem Eintrag (Lock Hopper) oder Pumpen für Flüssigkeit-Feststoff-Suspensionen (Slurrys) sind entweder zusätzliche Energieaufwendungen für die Kompression der Bespannungsgase notwendig oder es müssen Energieverluste durch zu verdampfendes Wasser des Kohleslurrys in Kauf genommen werden. Diese unerwünschten Effekte entstehen bei einer Kohlezufuhr über Strangpressen nicht oder nur in einem sehr geringen Umfang, wodurch eine energetische Optimierung erzielt wird. In experimentellen Arbeiten konnte bei optimierten Brikettierbedingungen eine hohe Gasdichtheit des Brikettstrangs nachgewiesen werden [A. Rosin, H.-W. Schröder, J.-U. Repke: Briquetting press as lock-free continuous feeding System for pressurized gasifiers, Fuel 1 16, 2014, pp. 871-878].

Strangpressen ermöglichen ferner eine annähernd kontinuierliche Kohleeinspeisung, wobei, in Abhängigkeit der Hubzahlen, Brikettierleistungen von bis zu 5 Tonnen pro Stunde pro Strang erzielt werden können. Die stetige Zufuhr der festen Einsatzstoffe in Reaktoren begünstigt zudem einen gleichmäßigeren Reaktionsumsatz im Prozess als bei einem diskontinuierlichen Eintrag.

Für die Nutzung einer Strangpresse zur Einspeisung von festen Brennstoffen in druckaufgeladene Reaktoren ergeben sich allerdings auch mehrere Nachteile. Die dynamische Abdichtung des Brikettstrangs gegen Druck ist im Formkanal unsicher, da sie nur bei einer hohen Brikettqualität gewährleistet ist. Eine gleichbleibend hohe Güte des Brikettierguts führt zwar zur bereits erwähnten hohen Gasdichtheit des Brikettstrangs. Diese ist allerdings für brikettierbare Kohlen nur bei brikettiertechnisch optimalen Bedingungen bezüglich Körnung und Feuchtegehalt des Brikettierguts oder bei nichtbrikettierbaren Kohlen nur durch Zugabe von Bindemitteln erreichbar [A. Rosin, H.-W. Schröder, J.-U. Repke: Briquetting press as lock- free continuous feeding System for pressurized gasifiers, Fuel 1 16, 2014, pp. 871-878].

Ohne vorherige Granulierung sind also fein- und feinstkörnige Einsatzstoffe (Staub) nicht brikettierbar. Diese Voraussetzung sowie die Forderung nach einem Brikettiervermögen der Kohle beschränkt die Flexibilität der Einsatzstoffe sehr stark. Somit ist auch eine bindemittellose Steinkohlenbrikettierung von nicht- oder schwachbackenden Steinkohlen nicht ohne weiteres möglich. Außerdem sind mit einer Strangpresse bei Nennleistung lediglich Briketts mit einer maximalen Dicke von ca. 5 cm und einem maximalen Durchmesser (Flächenäquivalenz) von ca. 8 cm herstellbar, um ein „Durchpressen" der Briketts zu gewährleisten. Diese geometrischen Begrenzungen beschränken die Durchsatzleistung der Presse.

Einige der vorgenannten Mängel können mit einer in DD 91 465 B1 beschriebenen, stempel- seitigen Zugabe von Dampf verbessert werden. Das vorrangige Ziel dieser Maßnahme ist es, die Brikettfestigkeit und -rohdichte ohne Anwendung erhöhter Pressdrücke zu verbessern. Dafür wird die in der Trockenkohle befindliche Lückenluft durch zugegebenen Wasserdampf teilweise verdrängt. Dieser Dampf kondensiert in der Kompressionsphase unter der Druckeinwirkung des Pressenstempels mit einem Volumenverhältnis von 1 :2000 und befeuchtet dadurch die vorgetrockneten Kohleoberflächen. [H. Krug, W. Naundorf: Braunkohlenbrikettierung 2, Abschnitt 8, VEB Deutscher Verlag der Grundstoffindustrie, Leipzig, 1984]

DE 10 2012 202 129 A1 offenbart ein Verfahren und eine Einrichtung zur Festbettvergasung, bei dem zusätzlich zu grobkörnigen Brennstoffen als Primärbrennstoffe mechanisch verdichtete feinkörnige und/oder staubförmige Brennstoffe unterhalb der Oberfläche der Feststoffschüttung mittels einer Formkanalstrangpresse in den Festbettvergaser eingepresst und mit den grobkörnigen Brennstoffen vergast werden.

In DE 10 2012 202 129 A1 wird für den Fall des Brennstoffeintrags in Festbettvergaser mithilfe eines Pressensystems zur Verbesserung der Druckabdichtung die Zugabe von flüssigen und/oder kondensierbaren Dämpfen vorgeschlagen. Durch Zugabe der kondensierbaren Dämpfe, vorzugsweise Wasserdampf, sollen die permanenten Gase, vorzugsweise vorgewärmte Luft, die sich im Lückenvolumen der zu brikettierenden Feststoffe befindet, vorzugsweise durch Dampfsättigung verdrängt werden, d. h. der Einschluss von Lückenluft soll in den Briketts verringert werden. Ein Restgehalt an Luft verbleibt jedoch im Lückenvolumen des Pressguts und vor allem im Porenvolumen der Brennstoffe, weshalb eine Beschränkung auf geringe Brikettgrößen weitgehend bestehen bleibt.

Die Vorschläge können somit nur einen Teil der aufgeführten Mängel beim Einsatz einer Strangpresse als Feststoffeintragssystem für druckaufgeladene Räume verbessern. Die anderen angesprochenen Nachteile bleiben bestehen, wie z. B. die Beschränkung der Einsatzstoffe auf Brennstoffe mit günstigen Brikettiereigenschaften und einer Körnung von ca. 0-4 mm, die Leistungsbeschränkung durch geringe Brikettgrößen und eine unsichere dynamische Abdichtung des Brikettstrangs gegen Druck im Formkanal.

DE 10 2015 207 947 A1 schlägt deshalb ein Verfahren und eine zugehörige Vorrichtung vor, bei denen polydisperse Schüttgüter, die mit einer lückenschließenden Korngrößenverteilung ausgestattet sind und im Lücken- und Porenvolumen Dampfatmosphäre aufweisen, in einen mit kondensierbarem Dampf gefluteten Presskanal eingefüllt und gepresst werden, wobei ein gasdichter Pressling entsteht. Die Gasdichtheit des Presskuchenstrangs hängt somit erstmals nicht mehr von den Brikettiereigenschaften des Einsatzstoffs ab, wodurch sich die Bandbreite der einsetzbaren Schüttgüter erweitert, die Presslingsdurchmesser vergrößern lassen und die Sicherheit gegen Gasdurchbruch erhöht. Die Dampfflutung der Schüttgüter zur vollständigen Entfernung der in den Schüttgütern enthaltenen Lückenluft ist allerdings nicht für alle relevanten Einsatzgebiete wirtschaftlich anwendbar.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, welche eine quasi-kontinuierliche Zuführung von nahezu beliebigen polydispersen Schüttgütern in druckaufgeladene Räume mit hoher Durchsatzleistung und dynamischer Abdichtung gegen Druck gewährleisten, ohne dass die Schüttgüter im Lücken- und Porenvolumen Dampfatmosphäre aufweisen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur quasi-kontinuierlichen Zuführung von polydispersen Schüttgütern in druckaufgeladene Räume gelöst, bei dem ein Schüttgut dem Formkanal einer Stopfpresse aus einem Vorlagebehälter zugeführt und mithilfe eines Pressenstempels gegen einen bereits entstandenen Pressling aus komprimiertem Schüttgut gepresst wird, wobei ein weiterer Pressling als Teil eines Presskuchenstrangs entsteht und durch Vorschub des Presskuchenstrangs Pressgut aus dem Formkanal in einen angeschlossenen druckaufgeladenen Raum gedrückt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch charakterisiert, dass als Press-Schüttgut nichtkom paktierte und/oder zu Kompaktaten vorverdichtete, polydisperse Schüttgüter mit staubförmiger Körnung (< 1 mm), feiner Körnung (< 10 mm) oder grober Körnung (< 100 mm), die rieselfähig und oberflächentrocken oder oberflächenfeucht sind, in den Formkanal eingefüllt und gepresst werden, dass als Schüttgüter Abfallstoffe und/oder Gärreste und/oder Reste von Biogasanlagen und/oder Kompostierungsreste und/oder Kohlen eingesetzt werden, deren maximaler Durchmesser des größten Korns des Schüttguts so begrenzt wird, dass dieser mindestens 10-mal kleiner als die kleinste Längenabmessung des Querschnitts des Formkanals, insbesondere des drucklosen Formkanals, ist, dass die polydispersen Schüttgüter mit einer solchen lückenschließenden Korngrößenverteilung ausgestattet sind, dass sich beim Pressen ein gasdichter Pressling ausbildet, wobei der gasdichte Pressling spätestens dann ausgebildet ist, wenn der Pressenstempel seine vordere Totlage erreicht hat, indem die Vorschubgeschwindigkeit und der Presshub des Pressenstempels höchstens so groß und der Pressdruck des Pressenstempels mindestens so groß gewählt werden, dass das im Lückenvolumen des Press-Schüttguts vorhandene Gas bis zum Erreichen der Gasdichtheit des Presslings entgegen der Vorschubrichtung ausgepresst wird, und dass im Formkanal, in Richtung des Vorschubs des Presskuchenstrangs gesehen, etwa ab dort, wo der Pressenstempel in der vorderen Totlage seine vorderste Position erreicht, mittels mindestens einer Schmiermittelzuführung Schmiermittel zur Reduzierung der Reibung zwischen Formkanalwand und Pressling zugegeben werden.

Die Werteangaben für die oberen Korngrößen von < 1 mm, < 10 mm und < 100 mm zur Unterteilung der polydispersen Schüttgüter sind exemplarisch zu verstehen. Unter staubförmigen Schüttgütern zählen auch solche von < 0,1 mm, unter feinkörnigen Schüttgütern auch solche von < 2 bis < 20 mm und unter grobkörnigen Schüttgütern auch solche von < 20 bis < 100 mm. Die Übergänge sind hier fließend.

Der zentrale Teil der Erfindung besteht darin, dass das im Lückenvolumen des Press- Schüttguts vorhandene Gas vor oder während des Pressvorgangs entweichen kann, wodurch sich im Presskanal ein gasdichter Presskuchen bilden kann. Zur Entfernung des im Lückenvolumen der polydispersen Schuttgüter vorhandenen Gases beim Pressvorgang ist kein Wasserdampf notwendig. Damit ist das erfindungsgemäße Verfahren ökonomischer.

Die Entlüftung der polydispersen Schüttgüter wird vorrangig im Formkanal realisiert, indem das im Lückenvolumen des Press-Schüttguts vorhandene Gas aus dem Pressbereich entweichen kann. Für Schüttgüter mit feiner bis grober Körnung (z.B. > 1 mm) kann auf diese Weise der überwiegende Teil des Lückengases entweichen, um einen, im technischen Sinne, gasdichten Presskuchen zu erzeugen. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden staubförmige bis feinkörnige Schüttgüter (z.B. mit einer Körnung < 1 mm) in einer Stopfschnecke oder einem Vibrationsbehälter zu Kompaktaten vorverdichtet und dem Vorlagebehälter der Stopfpresse aus dieser Stopfschnecke oder aus diesem Vibrationsbehälter zugeführt. Die Stopfschnecke bzw. der Vibrationsbehälter kann direkt an ein Silo angeschlossen sein. Die Grenze zwischen staubförmiger und feiner Körnung, hier exemplarisch bei einer Korngröße von 1 mm angegeben, ist dabei von der Beschaffenheit des Einsatzstoffs abhängig und bestimmt die Art der Entlüftung. Das Entlüftungsverhalten des Einsatzstoffs ist ggf. vorab zu untersuchen. Sollte ein einfaches „Auspressen" des im Lückenvolumen des Press-Schüttguts vorhandenen Gases nicht ausreichen, um den überwiegenden Teil des Lückengases zu entfernen und einen technisch gasdichten Presskuchen zu bilden, ist dem Pressvorgang die beschriebenen Vorverdichtung mittels Stopfschnecke oder Vibrationsbehälter vorzusehen.

Dadurch, dass die Entlüftung der Schüttgüter gewährleistet ist, sind der Länge des Strangpresslings keine verdichtungstechnischen Grenzen wie bei der klassischen Brikettierung gesetzt. Außerdem können polydisperse Schüttgüter von staubförmiger, feiner bis grober Körnung gleichermaßen eingesetzt werden, wobei sie mit einer solchen lückenschließenden Korngrößenverteilung ausgestattet sein sollen und im Formkanal so bereitgestellt werden, dass sie beim Pressen einen gasdichten Pressling bilden.

Polydisperse staubförmige Schüttgüter sind in den allermeisten Fällen mit einer lückenschließenden Korngrößenverteilung ausgestattet und werden durch einfache, schwerkraftgetriebene Schüttgutbewegung im Formkanal so bereitgestellt, dass sie ohne zusätzliche Aufwendungen einen lückenschließenden und damit gasdichten Pressling bilden.

Eine lückenschließende Korngrößenverteilung ist dann gegeben, wenn das Körnungsband breit genug ist, damit die feineren Partikel die Lücken zwischen den gröberen Körnern vollständig oder annähernd vollständig ausfüllen. Ggfs. sind zusätzliche Aufwendungen erforderlich, um sowohl a) die Korngrößenverteilung so einzustellen, dass genügend Fein- und Feinstkorn bereitsteht, so dass bei der Komprimierung ein lückenfreier und damit gasdichter Pressling gebildet wird, und b) dass eine Entmischung nach Korngrößen des bereitgestellten Schüttguts auf dem Weg bis zur und während der Einfüllung in den Formkanal vermieden wird. Diese Aufwendungen betreffen a) ggfs. notwendige Anpassungen oder Änderungen der üblichen Aufbereitungsschritte, wie Mahlen, Sieben, Trennen oder Mischen, und/oder b) die Sicherstellung der entmischungsfreien Zuführung der Schüttgüter, die mit einer lückenfreien Korngrößenverteilung ausgestattet sind, zum Formkanal. Hierfür werden einfache technische Mittel der Homogenisierung, wie mechanisches oder fluiddynamisches Rühren, angewendet.

Durch die Erzeugung eines gasdichten Presskuchens wird eine quasi-kontinuierliche Zuführung von Feststoffen in druckaufgeladene Räume ermöglicht, wobei die Ausbildung eines Brikettverbandes durch Bindekräfte zwischen den Feststoffpartikeln, wie Adhäsionskräfte oder Flüssigkeitsbrücken, nicht zwangsläufig erforderlich ist. Somit müssen die Feststoffe kein Brikettiervermögen und brikettiertechnisch günstige Eigenschaften, wie eine Körnung von ca. 0-4 mm, aufweisen.

Die Gasdichtheit des Presskuchenstrangs hängt somit nicht mehr von den Brikettiereigenschaften des Einsatzstoffs ab, wodurch sich die Sicherheit gegen Gasdurchbruch erhöht. Die Gasdichtheit wird dabei durch die Entfernung des Gases aus dem Lückenvolumen des Press- Schüttguts ermöglicht, wodurch das Kompaktiergut lückenschlüssig komprimiert werden kann. Ein sich an den Pressbereich anschließendes Zwischenstück, welches vorzugsweise als Verengung ausgeführt ist, erhöht als passive Rückschlagsperre die Sicherheit gegen Gasdurchbruch weiter. Der sich vor dem Zwischenstück bildende gasdichte Strangpressling wird durch das Zwischenstück geschoben und setzt sich nach diesem als gasdichter Strang von Strangpresslingen fort. Um die Dichtheit in allen Fällen zu gewährleisten, ist zu jeder Zeit mindestens ein Strangpressling im druckbelasteten Formkanal nach dem Zwischenstück vorgesehen, so dass der Strang vom druckbelasteten Gas nicht zurückgedrückt werden kann. Somit ist eine technische Gasdichtheit bei Drücken bis 100 bar hergestellt, ohne dass die Gasdichtheit des Strangs von den brikettiertechnischen Eigenschaften des Vergasungsstoffes abhängt. Dabei ist eine maximale Länge des Formkanals und eines nachgeschalteten Transportkanals nach dem Zwischenstück von mehreren Metern bis zu etwa 20 m möglich, wenn der Reibungswiderstand der Rohrwände gering gehalten wird.

Um den Reibungswiderstand gering zu halten, wird im Formkanal, in Richtung des Vorschubs des Presskuchenstrangs gesehen, etwa ab dort, wo der Pressenstempel in der vorderen Totlage seine vorderste Position erreicht, erfindungsgemäß Schmiermittel zur Reduzierung der Reibung zwischen Formkanalwand und Pressling zugegeben. Vorteilhaft ist die Zugabe von Schmiermitteln, die eine zusammenhängende, glatte zylinderförmige Außenfläche des Presslings erzeugen. Hierfür wird eine Verfestigung bzw. Verklebung der stempelseitigen Oberfläche des Presslings durch Bindemittel angestrebt. Handelt es sich bei dem Schüttgut um Kohle, können Schmiermittel wie Abfallöle, Hydriermittel oder Teere/Öle, die bei der Festbettvergasung von Kohle (Lurgi-Festbettdruckvergasung oder BGL-Vergasung) als Nebenprodukte entstehen, eingesetzt werden, die zu einer Teilauflösung der Kohle führen. Weiterhin kann nach einer vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens über die Schmiermittelzuführung Wasserdampf als Schmiermittel zugegeben und der Formkanal, in Richtung des Vorschubs des Presskuchenstrangs gesehen, etwa ab dort, wo der Pressenstempel in der vorderen Totlage seine vorderste Position erreicht, unter die Kondensationstemperatur des Wasserdampfs gekühlt werden. Die Temperatur des Formkanals wird auf werte unterhalb der Kondensationstemperatur so abgesenkt, dass sich zwischen dessen Wandung und den Presslingen ein dünner Kondensationsfilm bildet, der die Gleitreibung des Formkanals vermindert und somit das Weiterrutschen des Presskuchenstrangs erleichtert. Weiterhin dichtet der Kondensationsfilm den Ringspalt zwischen Presskuchenstrang und Formkanal ab.

Handelt es sich beim Feststoff um Kohle, die in einen druckaufgeladenen Vergaser eingeführt werden soll, wird durch die beschriebene Methode die in den Vergaser eingetragene Wassermenge herabgesetzt, da als Kompaktiergut trockene Kohle eingesetzt werden kann, deren Wassergehalt sich während der Zuführung zum druckaufgeladenen Raum nicht oder nur geringfügig erhöht. Bei der Strangbrikettierung von Braunkohle nach dem Stand der Technik sind, wie bereits erwähnt, wesentlich höhere Brikettiergut-Feuchtegehalte von bis zu ca. 20 Ma.-% notwendig, um eine hohe Gasdichtheit des Brikettstrangs zu gewährleisten.

Vorteilhaft wird das in den Formkanal eingefüllte Press-Schüttgut mit dem Pressenstempel gegen mindestens 2 bis 5 bereits im Formkanal befindliche Presslinge gepresst, bevor der, in Richtung des Vorschubs des Presskuchenstrangs gesehen, vorderste der mindestens 2 bis 5 Presslinge aus dem Ende des Formkanals in einen sich im Querschnitt erweiterten, druckaufgeladenen Raum gedrückt wird.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird beginnend vor dem Ende des Formkanals, ab der halben Länge des letzten Presslings im Formkanal, und endend unmittelbar nach Ende des Formkanals, über eine Gaszuführung mindestens so viel Inertgas oder Wasserdampf oder deren Gemische zugeführt, dass eine Rückströmung von Reaktionsgas aus dem Druckraum in den Formkanal verhindert wird. Diese Maßnahme dient der weiteren Absicherung eines Austritts von reaktiven und/oder gesundheits- oder umweltschädlichen Gasen aus dem druckaufgeladenen Raum.

Vorteilhaft ist der Formkanal nach unten geneigt, so dass das polydisperse Schüttgut durch Schwerkraft in den Formkanal bei Freigabe des Einfüllschachtes durch den Pressenstempel rutscht. Vorteilhaft wird der Stempelhub entsprechend der gewünschten Länge des Strangpresslings so eingestellt, dass die vordere Totlage höchstens bis zum Beginn der Einengung des Formkanals reicht und dass das Verhältnis der Länge des Strangpresslings zur größten Längenabmessung des Querschnitts des Formkanals, insbesondere des drucklosen Formkanals, mindestens 3:1 , bevorzugt mindestens 2:1 , beträgt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur quasi-kontinuierlichen Zuführung von polydispersen Schüttgütern in druckaufgeladene Räume umfasst einen Vorlagebehälter und eine Stopfpresse mit oszillierendem Pressenstempel und einem Formkanal, beginnend mit einem drucklosen Formkanal, mit einem sich daran anschließenden Zwischenstück und mit einem sich weiterhin anschließenden druckbelasteten Formkanal, und ist dadurch gekennzeichnet, a) dass die Stopfpresse mindestens eine Entlüftungsvorrichtung zur Abführung des im Lückenvolumen des Press-Schüttguts vorhandenen Gases aus dem aus Formkanal, Pressenstempel und bereits entstandenem Pressling gebildeten Pressbereich enthält, b) dass die Vorschubgeschwindigkeit und der Presshub des Pressenstempels höchstens so groß und der Pressdruck des Pressenstempels mindestens so groß sind, dass das im Lückenvolumen des Press-Schüttguts vorhandene Gas entgegen der Vorschubrichtung bis zum Erreichen der Gasdichtheit des Presslings ausgepresst wird, c) dass der drucklose Formkanal an der Position, die der vordersten Position des Pressenstempels in seiner vordersten Totlage entspricht, eine Schmiermittelzuführung aufweist, d) dass der drucklose Formkanal Sicherheitseinrichtungen zur Absicherung gegen ein Rückdrücken des Presskuchenstrangs in den Pressbereich nach dem Pressvorgang aufweist und e) dass der druckbelastete Formkanal oder ein sich gegebenenfalls daran anschließender Transportkanal ein gasdicht schließendes und offenbares Abdichtorgan zum druckaufgeladenen Raum aufweist.

Bei staubförmigen bis feinkörnigen Schüttgütern < 1 mm ist dem Vorlagebehälter nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Stopfschnecke oder ein Vibrationsbehälter zur Vorverdichtung der Schüttgüter zu Kompaktaten vorgeschalten. Dabei ist der Vorlagebehälter so ausgestaltet, dass die vorverdichteten Kompaktate ohne Erhöhung ihres Lückenvolumens in den Pressbereich des Formkanals eingebracht werden, wobei das Volumen des Vorlagebehälters mindestens dem Volumen des Pressbereichs im Formkanal, welches durch die Hublänge des Pressenstempels und die Querschnittsfläche des drucklosen Formkanals (7) beschrieben wird, entspricht und wobei die Behälterwände des Vorlagebehälters vertikal auf dem Formkanal angebracht sind.

Dabei ist das angegebene Korngrößenspektrum < 1 mm für staubförmige bis feinkörnige Schüttgüter lediglich als Orientierungswert zu sehen. Die Notwendigkeit einer Vorverdichtung ist für feinere Schüttgüter vielmehr anhand ihres Entlüftungsverhaltens zu beurteilen. Eine Vorverdichtung ist in dem Falle vorzusehen, wenn die Entlüftung im Pressbereich der Stopfpresse beim Verpressen nicht mehr ausreicht, um den überwiegenden Teil des im Lückenvolumen des Press-Schüttguts vorhandenen Gases zu entfernen und einen technisch gasdichten Presskuchen zu erzeugen. Das Entlüftungsverhalten des Einsatzstoffs ist ggf. vorab zu untersuchen. Auch die Wahl der Mittel zur Vorverdichtung des Schüttguts ist in Anhängigkeit des einzusetzenden Einsatzstoffs zu bestimmen. Wird ein Vibrationsbehälter zur Vorverdichtung gewählt, so wird das polydisperse Press-Schüttgut in horizontale, vertikale und/oder radiale Schwingungen versetzt. Dies kann in einem nach oben offenen Schwingtrichter erfolgen, wobei dieser dann nur lose mit dem Vorlagebehälter verbunden sein kann. Weiterhin kann das Press-Schüttgut mit mittels eines Schwingantriebs gesteuerten, vibrierenden Stäben, die ins Schüttgut hineinragen, vorverdichtet werden. Die Wände des Vorlagebehälters sind bei Vorverdichtung vertikal auf dem Formkanal anzubringen, sodass das vorverdichtete Schüttgut beim Füllvorgang in den Pressbereich fällt, sobald der Pressenstempel zurückzieht.

Im Pressbereich der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind nach einer vorteilhaften Ausgestaltung mindestens eine Entlüftungsvorrichtung zur Abführung des im Lückenvolumen des Press-Schüttguts vorhandenen Gases vorhanden, wobei sich diese vorzugsweise zwischen Pressenstempel und drucklosem Formkanal befindet und im einfachsten Fall als Ringspalt ausgeführt ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist mindestens eine Entlüftungsvorrichtung auf. Die Entlüftung des Schüttgutes kann vor und/oder während des Pressvorgangs erfolgen. Das im Lückenvolumen des Press-Schüttguts vorhandene Gas wird entweder beim Pressvorgang in der Presse nach hinten oder, bei staubförmigen bis feinkörnigen Schüttgütern, durch eine Vorverdichtung zu Kompaktaten vor dem Pressvorgang abgeführt. Über die Schmiermittelzuführung, die im Formkanal, in Richtung des Vorschubs des Presskuchenstrangs gesehen, bei der vordersten Position des Pressenstempels, wenn sich dieser in seiner vorderen Totlage befindet, angeordnet ist, können, in Abhängigkeit des Einsatzstoffes, verschiedene Schmiermittel zugegeben werden, um den Reibungswiderstand zwischen dem erzeugten Presskuchenstrang und der Formkanalwand zu verringern und somit den Vorschub des Presskuchenstrangs zu erleichtern.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Schmiermittelzuführung als Wasserdampfzuführung ausgestaltet und der drucklose Formkanal weist ab der vorderen Totlage des Pressenstempels eine Kühlung unter die Kondensationstemperatur des Wasserdampfs auf. Durch die Kühlung der Wände unter die Sättigungstemperatur des Dampfes kondensiert dieser und bildet einen Kondensatfilm an der Innenwand des Rohres, der als Gleitfilm von Kondenswasser die Wandreibung minimiert. Um einen durchgängigen Kondensatfilm zu gewährleisten, können in den Rohrwänden zusätzlich Wasserdüsen zur Benetzung der Rohrinnenwände mit Wasser verbaut werden. Der Gleitfilm verstärkt außerdem die Dichtwirkung des Presskuchenstrangs. Zur weiteren Herabsetzung des Reibungswiderstandes der Formkanalwände sind auch Beschichtungen oder Schmiermittel wie kolloidaler Graphit auf der Rohrinnenwand möglich. Diese gewährleisten außerdem im Falle eines Kühlwasserausfalls und somit eines Abreißens des Kondensatfilms eine zusätzliche Sicherheit. Durch diese Maßnahmen wird gewährleistet, dass die Reibung zwischen Formkanalwänden und dem Presskuchen möglichst gering gehalten und somit ein Auseinanderscheren des Presskuchens unter Ausbildung eines bevorzugten Kernflusses vermieden wird. Außerdem vermindert eine Kühlung den Verschleiß des Formzeugs.

Um den Vorschub des soeben erzeugten Presskuchenstrangs zu erleichtern, kann sich der Querschnitt des drucklosen Formkanals nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, in Richtung des Vorschubs des Presskuchenstrangs gesehen, mindestens ab der Stelle, an der sich an der Schlagfläche des Pressenstempels ein Pressdruck aufzubauen beginnt, bis zu der ersten Stelle der Schmiermittelzuführung, mit einem Öffnungswinkel α gestuft oder permanent konisch erweitern, wobei der Öffnungswinkel α höchstens 5°, vorzugsweise zwischen 0,1 ° und 2°, beträgt. Diese Maßnahme dient der Überwindung der Reibungskräfte zwischen Presskuchenstrang und Formkanalwänden in diesem, von Schmiermitteln freien Bereich.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Stempelhub des Pressenstempels entsprechend der gewünschten Länge des Strangpresslings so eingestellt, dass die vordere Totlage höchstens bis zum Beginn des Zwischenstücks des Formkanals reicht und dass das Verhältnis der Länge des Strangpresslings zur größten Längenabmessung des Querschnitts des Formkanals, insbesondere des drucklosen Formkanals (7), mindestens 2:1 beträgt.

Das Zwischenstück ist nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung als Verengung ausgeführt, wobei die Verengung die Querschnittsfläche des drucklosen Formkanals (7), abhängig vom Einsatzstoff, um bis zu 20 % verringert.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung schließt sich an das Zwischenstück ein druckbelasteter Formkanal an, wobei die Länge des druckbelasteten Formkanals mindestens der Länge eines Strangpresslings entspricht, wobei der Querschnitt des druckbelasteten Formkanals maximal dem Querschnitt des drucklosen Formkanals entspricht und wobei der druckbelastete Formkanal ohne jede Krümmung oder Richtungsänderung ausgestaltet ist.

An den Formkanal kann sich ein Transportkanal anschließen, der einen höheren Querschnitt als der Formkanal aufweist. Die Querschnittserweiterung wird größer gewählt als die durch die Druckentlastung einsetzende Vergrößerung des Querschnitts des Strangpresslings, wobei 10 % in der Regel ausreichend sind. Dadurch kann der Strang im Transportkanal mit nur noch geringer Gleitreibung weiter vorangeschoben werden. Der Transportkanal kann mit Umlenkungen versehen sein, so dass der Strangpressling in der gewünschten Richtung bis zum Übergabepunkt in den druckaufgeladenen Reaktionsraum geschoben werden kann. Der Transportkanal ermöglicht das Aufstellen der Stopfpresse zu ebener Erde und den Transport des Schüttguts in Form des Strangpresslings bis auf übliche Höhen von Einspeisesystemen in die druckaufgeladenen Reaktionsräume von 30-60 m.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist im drucklosen Formkanal mehrere Sicherheitsvorrichtungen zur Absicherung gegen ein Rückdrucken des Presskuchenstrangs in den Pressbereich nach dem Pressvorgang auf, wobei nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung als erste Sicherheitsvorrichtung auf der Schlagfläche des Pressenstempels eine Druckmessdose angeordnet ist, durch die das klare Abreißen des Presskuchenstrangs von der Stempelschlagfläche beim Zurückziehen des Pressenstempels oder ein eventuelles Rückdrücken des Presskuchenstrangs kontrolliert wird, wobei als zweite Sicherheitsvorrichtung im Pressbereich ein Absperrorgan, vorzugsweise in Form eines Schiebers, vorhanden ist, welches den Presskuchenstrang während der Füllphase vom Kompaktiergut abtrennt und mit einer Druckmessdose an der zum Presskuchenstrang gerichteten Seite ausgestattet ist, die ein mögliches Rückdrücken des Presskuchenstrangs anzeigt, und wobei als weitere Sicherheitsvorrichtung im Pressbereich eine radiometrische Dichtemessung vorhanden ist, die ein Rückdrücken des Presskuchenstrangs in den Pressbereich anzeigt, und wobei der Pressenstempel seine Bewegung bei einer Anzeige des Rückdrückens des Presskuchenstrangs durch eine der Druckmessdosen und/oder die radiometrische Dichtemessung unverzüglich stoppt und somit ein Rückdrücken des Presskuchenstrangs in den Vorlagebehälter verhindert.

Das Absperrorgan, vorzugsweise in Form eines Schiebers, (zweite Sicherheitsvorrichtung) ist so positioniert, dass zwischen der Vorderseite des Schiebers (dem Pressbereich abgewandte Seite) und der Schlagfläche des Pressenstempels in seiner vorderen Totlage ein Rückexpansionsabstand besteht, der die mögliche Rückexpansion des eben erzeugten Strangpresslings berücksichtigt, wenn der Pressenstempel den Presskuchenstrang beim Zurückziehen entlastet.

Ein nicht auszuschließendes Rückdrücken des Presskuchenstrangs wird messtechnisch dadurch überwacht, dass auf der Stempelschlagfläche und auf der Vorderseite des Absperrorgans, welches vorzugsweise in Form eines Schiebers ausgeführt ist, jeweils mindestens eine Druckmessdose und im Bereich der Stempelführung mindestens eine radiometrische Dichteüberwachung angeordnet sind. Nach abgeschlossener Phase des Vorschubs kontrolliert die Druckmessdose auf der Stempelschlagfläche beim Zurückfahren des Stempels das saubere Abtrennen des Strangpresslings vom Pressenstempel zu Beginn der Phase des Leerhubs. Wird kein Druck mehr auf der Stempelschlagfläche gemessen und ist somit eine klare Trennung von Pressenstempel und Strangpressling erfolgt, beginnt sich ein Absperrorgan im Pressbereich, vorzugsweise ein Schieber, zu schließen.

Dabei ist das Absperrorgan so positioniert, dass es von der Endlage der Stempelschlagfläche ausgehend um einen Rückexpansionsabstand in Richtung des Leerhubs verschoben wird. Diese Position des Absperrorgans berücksichtigt eine mögliche Rückexpansion des Strangpresslings nach dessen Entlastung vom Pressdruck und ermöglicht das Schließen des Formkanals in der Phase des Leerhubs trotz einer solchen Rückexpansion. Allerdings ist durch das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung, durch die die Entfernung des im Lückenvolumen des Press-Schüttguts vorhandenen Gases angestrebt wird, eine geringere Rückexpansion zu erwarten als bei der Braunkohlenbnkettierung, bei der die Längsexpansion der Briketts im Durchschnitt ca. 16 % beträgt [E. Rammler, H. Jacob: Zur Kenntnis der Brikettiereigenschaften der Braunkohle. In: H. Mansfeld (Hrsg.): Untersuchungen über den Trocknungsverlauf von Braunkohle im Röhrentrockner, Freiberger Forschungshefte, A 102, Akademie Verlag, Berlin, 1958]. Falls die Trennung von Pressenstempel und Strangpressling laut Druckanzeige auf der Stempelschlagfläche nicht erfolgreich war, stoppt der Pressenstempel seine Bewegung und der Arbeitszyklus wird unterbrochen. Für den Fall eines verspäteten Rückdrückens des Presskuchenstrangs ist an der Vorderseite des Schiebers 1 1 , d. h. an der zum bereits erzeugten Presskuchenstrang gerichteten Seite, mindestens eine weitere Druckmessdose und im Pressbereich eine radiometrische Dichtemessung vorgesehen. Zeigt die Druckmessdose auf der Vorderseite des Schiebers oder die radiometrische Dichtemessung während der Phase des Leerhubs Druck- bzw. Dichtewerte ungleich Null an, stoppt der Pressenstempel ebenfalls seine Bewegung. Die radiometrische Dichtemessung dient auch als weitere Sicherheit, falls die Druckmessdose an der Stempelschlagfläche ausfällt. Beim Zurückziehen des Pressenstempels nach einer erfolgreichen Trennung von Pressenstempel und Strangpressling ist die Geschwindigkeit des Stempels erfindungsgemäß so einzustellen, dass das Absperrorgan vollständig geschlossen ist, bevor der Pressenstempel den Zugang des Kompaktierguts vom Vorlagebehälter zum Formkanal freigibt und die Füllphase beginnt. Kurz vor Beginn der Kompressionsphase wird das Absperrorgan geöffnet, damit die Kompression gegen den bereits vorhandenen Presskuchenstrang beginnen kann.

Durch vorgenannte Konfiguration der Presse und ihres Arbeitsablaufs ist die Gasdichtheit der Stopfpresse zu jedem Zeitpunkt gewährleistet. Im unwahrscheinlichen Fall des Zurückdrückens des Presskuchenstrangs bleibt die Stopfpresse weiterhin gasdicht, da der zurückdrückende Presskuchenstrang entweder am Absperrorgan oder am Pressenstempel gestoppt wird. Der Pressenstempel befindet sich dabei in einer Position, die gewährleistet, dass der Zugang zwischen Vorlagebehälter und Formkanal versperrt ist und der Presskuchenstrang somit nicht in den Vorlagebehälter drücken kann. Selbst im ungünstigsten Fall befindet sich dabei immer noch mindestens ein Strangpressling im druckbelasteten Teil des Formkanals und dichtet die Presse vollständig ab.

Um die Gasdichtheit des Presskuchenstrangs zu gewährleisten, wird der Formkanal, abhängig vom Einsatzstoff, nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung durch ein Zwischenstück um bis zu 20 % verengt. Alternativ können die Wände des Zwischenstücks eine erhöhte Reibung aufweisen, wodurch dem Strangpressling ein einer Verengung äquivalenter Widerstand entgegengesetzt wird. Nach der Verengung wird der Formkanal in einem Querschnitt, der maximal dem Querschnitt des Formkanals vor der Verengung entspricht, fortgesetzt. In Abhängigkeit des eingesetzten Kompaktierguts kann der Querschnitt der Fortsetzung des Formkanals (druckbelasteter Formkanal) nach der Verengung wieder auf maximal den Querschnitt des drucklosen Formkanals erweitert werden, wenn eine hohe Rückexpansion des Presskuchenstrangs bei Entlastung vom Pressdruck zu erwarten ist. Dadurch wird verhindert, dass eine starke Neigung des Kompaktierguts zur Rückexpansion zu einer übermäßigen Längsexpansion führt, die den Rückexpansionsabstand überschreitet. In diesem Fall wirkt das Zwischenstück zusätzlich als passive Rückschlagsperre.

Durch die vorgenannte spezielle Konfiguration der Stopfpresse unterteilt sich der Formkanal in einen drucklosen Teil vor der Verengung (druckloser Formkanal 7) und einen drucktragenden Teil (druckbelasteter Formkanal 14) nach der Verengung. Die Unterteilung zwischen drucklosem und druckaufgeladenem Teil kann, abhängig vom Einsatzstoff und der daraus resultierenden Gasdichtheit des Presskuchenstrangs, auch vor oder hinter der Verengung erfolgen. Besonders vorteilhaft ist, dass sich die mechanischen Bauteile überwiegend im drucklosen Teil befinden. An den druckbelasteten Formkanal kann sich ein druckbelasteter Transportkanal anschließen, der in den druckaufgeladenen Raum mündet. Das Pressgut kann auch direkt vom druckbelasteten Formkanal in den druckaufgeladenen Raum gefördert werden.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist der druckbelastete Formkanal oder der Transportkanal als Abdichtorgan gegen den druckaufgeladenen Raum einen gasdicht schließenden, offenbaren Kegelverschluss auf, der den Formkanal oder den Transportkanal beim Übergang in den druckaufgeladenen Raum mittels einer Feder verschließt und sich nur dann öffnet, wenn der Presskuchenstrang das Abdichtorgan aufdrückt. Damit kann die Strangpresse bei Reparaturarbeiten vom Vergaser abgetrennt werden.

Das Abdichtorgan wird mittels einer Feder grundsätzlich geschlossen gehalten und öffnet sich nur in dem Falle, wenn es vom vorwärts schiebenden Presskuchenstrang aufgedrückt wird. Somit bleibt die Gasdichtheit der Stopfpresse durchgehend gewährleistet. Als zweite Absicherung kann ein weiterer Kegelverschluss dienen.

Eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, dass die Schlagfläche des Pressenstempels mit Einspritzdüsen versehen ist. Zur Formfixierung der stempelseitigen Oberfläche des frisch gebildeten Strangpresslings können so während der Vorwärtsbewegung des Stempels kondensierende gasförmige oder flüssige Bindemittel eingedüst werden, die die stempelseitige Oberfläche des Strangpresslings während des Pressvorgangs verkleben. Diese Maßnahme ist erforderlich, wenn die Pressverdichtung entgegen der Schwerkraft erfolgt. Des Weiteren ist die Stempellänge so dimensioniert, dass diese größer als die Länge des Pressbereichs ist. Dadurch ist der Zugang des Kompaktierguts vom Vorlagebehälter zum Formkanal bei jeder Arbeitsphase, die nicht der Füllphase entspricht, durch den Pressenstempel blockiert. Diese Bedingung gewährleistet, dass bei der vorderen Totlage des Pressenstempels kein Kompaktiergut hinter den Stempel fallen kann, wodurch die Presse im hinteren Bereich sukzessive verstopfen würde.

Da die Gasdichtheit des Presskuchenstranges gewährleistet ist, ohne dass ein Brikettverband entstehen muss, wird die Beschränkung der Geometrie des Presskörpers hinfällig und eine größere Dimensionierung des Pressbereichs möglich. Der Formkanal kann mit wesentlich größeren Querschnitten als mit dem bisher üblichen kreisäquivalenten Durchmesser von 10- 15 cm ausgeführt sein. Somit sind Formkanal-Durchmesser von bis zu 50 cm realisierbar, womit sich die Durchsatzleistung der Strangpresse beträchtlich steigern lässt. Außerdem lässt sich der Stempelhub bis auf 1 m erhöhen, womit bei gleichbleibender Pressenleistung die Hubzahl verringert oder bei gleichbleibender Hubzahl die Pressenleistung erhöht werden kann. Bei Formkanal-Durchmessern von bis zu 50 cm ist die inhärente Stabilität des Presskuchens beim Weiterschieben durch die Entlüftung des Schüttguts gewährleistet. Die maximale Größe des Formkanalquerschnitts wird von den einsatzstoffabhängigen Stabilitätseigenschaften des Presskuchens begrenzt. Damit ein Kernfluss vermieden wird, muss die Reibung der Körner innerhalb des Presskuchens stets größer als die Presskuchen- Wand-Reibung sein.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht in einer geneigten Ausführung des Formkanals, wobei dieser vorteilhaft in einem Winkel > 30 ⁰ gegen die Horizontale nach unten oder oben geneigt ist, damit das Kompaktiergut während des Füllvorganges selbstständig in den Formkanal fällt. Zur Anpassung der Neigung des Formkanals an die Korngröße des Pressguts sei der Formkanal umso stärker geneigt, je feiner das Schüttgut ist. Somit wird die Entlüftung und Verpressung erleichtert.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist beginnend vor dem Ende des Formkanals, ab der halben Länge des letzten Presslings im Formkanal, und endend unmittelbar nach Ende des Formkanals, eine Gaszuführung vorhanden, über die mindestens so viel Inertgas zugeführt wird, dass eine Rückströmung von Reaktionsgas aus dem Druckraum in den Formkanal verhindert wird. Diese Maßnahme dient der weiteren Absicherung eines Austritts von reaktiven und/oder gesundheits- oder umweltschädlichen Gasen aus dem druckaufgeladenen Raum. Bei der Inbetriebnahme der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine Vorgehensweise zweckmäßig, bei der das Abdichtorgan zwischen Strangpresse und druckaufgeladenem Raum, vorzugsweise ein Kegelverschluss, zu Beginn fest verschlossen ist. Der gesamte Formkanal muss als Erstes vollständig mit vorverdichtetem Kompaktiergut gefüllt werden. Sobald die erfindungsgemäße Vorrichtung locker mit Kompaktiergut gefüllt ist, beginnt die Kompression des Kompaktierguts mittels des oszillierenden Pressenstempels. Dabei wird der für die Stopfpresse nach dem Prinzip einer Strangpresse übliche Arbeitszyklus begonnen. Da zu Beginn ein Überschuss an Gas im System vorhanden ist, ist in der Fortsetzung des Formkanals ein Gasauslassventil vorgesehen. Je nach Art des Kompaktierguts ist die Herstellung mehrerer Strangpresslinge nötig, um über die gesamte Länge der Stopfpresse einen gasdichten Presskuchen herzustellen. Ein Überpressen des Presskuchenstrangs wird über eine Druckmessdose an der Spitze des Kegelverschlusses überwacht. Ist über die gesamte Länge des Formkanals ein gasdichter Presskuchen entstanden, schiebt sich der gasdichte Presskuchenstrang erstmals um die Länge des erzeugten Strangpresslings nach vorn und drückt den Kegelverschluss auf. Die Stopfpresse wechselt in den Nennbetrieb.

Die vorstehende, spezielle Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ermöglicht erstmals eine Verpressung von staubförmigen bis grobkörnigen Feststoffen, die keine Brikettiereigenschaften aufweisen müssen, mit hoher Durchsatzleistung und einer aktiven Absicherung gegen das Rückdrücken des Presskuchenstrangs. Somit wird die Sicherheit gegen Gasdurchbruch bei Drücken bis 100 bar erhöht.

Vorteilhaft wird als Stopfpresse eine Formkanalstrangpresse angewandt.

Ausführungsbeispiel

Anhand Fig. 1 wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt in Schnittdarstellung eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Zuführung von polydispersen Schüttgütern mit Stopfpresse als Formkanalstrangpresse mit horizontalem Formkanal und ihre Einbindung als Feststoffeinspeisesystem eines druckaufgeladenen Vergasers in einer prinzipiellen Darstellung.

Über die Kohlezuführung 1 gelangt Braunkohlenstaub (Korngröße < 0,5 mm, Wassergehalt: 1 1 Ma.-%) in einen Vibrationsbehälter 2 in Form eines Schwingtrichters, der über eine umlaufende Manschette 3 (bzw. ein Kompensator) staubdicht, aber flexibel mit dem Vorlagebehälter 4 der Stopfpresse 5 verbunden ist und mittels eines Unwuchtmotors in horizontale Schwingungen versetzt wird. Durch die Schwingungen wird der Braunkohlenstaub zu Kompaktaten vorverdichtet, indem die Lückenluft im Schüttgut nach oben entweicht, und im Vorlagebehälter 4 gesammelt. Beim Füllvorgang, d.h. wenn sich der Pressenstempel 6 beim Rückhub zurückzieht, fallen die vorverdichteten Braunkohlenkompaktate in den Pressbereich des drucklosen Formkanals 7.

Der Pressenstempel 6 ist als Kolben mit einem Durchmesser von 20 cm, einer Länge von 1 , 15 m und einem Hub von 1 ,2 m ausgeführt und befindet sich im geschlossenen, drucklosen Formkanal 7, der einen Durchmesser von 22 cm aufweist. Zwischen dem Pressenstempel 6 und dem drucklosen Formkanal 7 ergibt sich somit ein umlaufender, 1 cm breiter Ringspalt 8. Die Schlagfläche 9 des Pressenstempels 6 ist mit einer Druckmessdose versehen.

Während der Kompressionsphase verdichtet der oszillierende Pressenstempel 6 die Kohle in seiner Vorwärtsbewegung im drucklosen Formkanal 7 gegen einen bereits vorhandenen Presskuchenstrang. Hierbei entweicht noch im Schüttgut vorhandene Lückenluft über den Ringspalt 8 nach hinten. Bei Überschreitung des maximalen Pressdrucks schiebt der Pressenstempel 6 den verdichteten Presskuchen weiter, bis er seine vordere Totlage (dargestellt als Strichlinie) im drucklosen Formkanal 7 erreicht hat.

Bei der Position des vordersten Punktes des Pressenstempels 6 in seiner vordersten Totlage ist eine Schmiermittelzuführung 10 angebracht, über die Abfallöle zugeführt werden. Die Öle erzeugen eine glatte Oberfläche des Presskuchenstrangs aus Braunkohlenstaub und vermindern den Reibungswiderstand zwischen der Wand des drucklosen Formkanals 7 und dem Presskuchenstrang, wodurch dessen Vorschub erleichtert wird. Aus dem gleichen Grund ist der drucklose Formkanal 7 außerdem ab der Stelle, an der sich an der Schlagfläche 9 des Pressenstempels 6 ein Pressdruck aufzubauen beginnt, bis zu der ersten Stelle der Schmiermittelzuführung 10 mit einem Öffnungswinkel α von 1 ° konisch erweitert. Weiterhin sind die Innenwände des drucklosen Formkanals 7, in Richtung des Vorschubs gesehen, ab dieser Stelle zur Herabsetzung des Reibungswiderstandes mit kolloidalem Graphit beschichtet.

Nach Zurückziehen des Pressenstempels 6 sorgt der Schieber 1 1 als aktive Rückschlagsperre mit Druckmessdose dafür, dass der Presskuchenstrang nicht in den Bereich der Stempelführung zurückgedrückt werden kann. Dabei ist der Schieber 1 1 so positioniert, dass zwischen der Vorderseite des Schiebers 1 1 (dem Pressbereich abgewandte Seite) und der Schlagfläche 9 des Pressenstempels 6 in seiner vorderen Totlage ein Rückexpansionsabstand a besteht, der die mögliche Rückexpansion des eben erzeugten Strangpresslings berücksichtigt, wenn der Pressenstempel 6 den Presskuchenstrang beim Zurückziehen entlastet.

Die Druckmessdose auf der Schlagfläche 9 des Pressenstempels 6 zeigt an, ob eine klare Trennung zwischen Presskuchenstrang und Pressenstempel 6 erfolgt ist. Nach erfolgter Trennung beginnt sich der Schieber n zu schließen. Das Schließen des Schiebers 1 1 ist beendet, bevor der Pressenstempel 6 den Zugang von Kompaktiergut vom Vorlagebehälter 4 zum drucklosen Formkanal 7 für eine neue Befüllung des Pressbereichs freigibt. Im Pressbereich ist eine radiometrische Dichtemessung 12 angebracht, die die Dichte im Pressbereich des drucklosen Formkanals 7 in Abhängigkeit des Arbeitszyklus' überwacht.

Als Absicherung gegen ein Rückdrücken des Presskuchenstrangs stoppt der Pressenstempel 6 seine Rückwärtsbewegung, sobald die Druckmessdose auf der Stempelschlagfläche 9, die Druckmessdose auf der Vorderseite des Schiebers 1 1 und/oder die radiometrische Dichtemessung 12 das Rückdrücken des Presskuchenstrangs in den Pressbereich anzeigen. Die radiometrische Dichtemessung 12 stellt auch eine Absicherung beim Ausfall einer Druckmessdose dar.

Der drucklose Formkanal 7 als erster Teil des gesamten Formkanals umhüllt den Presskuchenstrang formschlüssig. An diesen drucklosen Teil des Formkanals schließt sich eine Verengung 13 (Formkanalbuckel) an, die den Querschnitt des Formkanals um ca. 20 % auf einen Durchmesser von 20 cm vermindert und somit als passive Rückschlagsperre fungiert.

Der Formkanal ist hinter der Verengung 13 als druckbelasteter Formkanal 14 mit einem Querschnitt von 20 cm fortgesetzt. Die Wände des druckbelasteten Formkanals 14 sind wie die Wände der drucklosen Formkanals 7 zur Herabsetzung des Reibungswiderstandes beim Vorschub mit kolloidalem Graphit beschichtet. Durch die vorgenannte spezielle Konfiguration der Stopfpresse 5 unterteilt sich die Eintragsvorrichtung in einen drucklosen Teil vor der Verengung und einen drucktragenden Teil nach der Verengung. Besonders vorteilhaft ist, dass sich die mechanischen Bauteile überwiegend im drucklosen Teil befinden.

An den druckbelasteten Formkanal 14 schließt sich ein druckbelasteter Transportkanal 15 mit erweitertem Querschnitt im Vergleich zum druckbelasteten Formkanal 14 an. Am Ende des Transportkanals 15 befindet sich der Kegelverschluss 16, der die Stopfpresse 5 als Abdichtorgan im Falle von Reparaturarbeiten vom Vergaser abtrennen kann. Der Kegelverschluss 16 wird mittels einer Feder grundsätzlich geschlossen gehalten und öffnet sich nur in dem Falle, wenn er vom vorwärts schiebenden Presskuchenstrang aufgedrückt wird. Somit bleibt die Gasdichtheit der Stopfpresse 5 durchgehend gewährleistet. Der Transportkanal 15 mündet schließlich in einen Zuführungsraum 17, der direkt an den Vergaser 18 angeschlossen ist, von dem in Fig. 1 nur der obere Teil angedeutet ist. Ein weiterer Kegelverschluss 19 dient als zusätzliche Sicherheit, die es ermöglicht den Vergaser 18 vom Zuführungsraum 17 abzutrennen.

Am Ende des druckbelasteten Formkanals 14 befindet sich eine Gaszuführung 20, über die Stickstoff als Sperrgas zugeführt wird, um eine Rückströmung von reaktiven und umweit- und gesundheitsschädlichen Gasen aus dem Vergaser zu verhindern. Am Übergang zwischen druckbelasteten Formkanal 14 und Transportkanal 15 ist ein Auflockerungselement 21 , z. B. in Form einer Schnecke, eingebaut, welches eine Auflockerung des Presskuchenstrangs ermöglicht. Je nach Einsatzstoff kann dies im Vergasungsprozess Vorteile bringen. Das Auslassventil 22 ermöglicht die Abführung von überschüssiger Luft während des Anfahrbetriebs.

Die Entfernung der Lückenluft aus dem Kompaktiergut ermöglicht bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und Nutzung der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Herstellung eines gasdichten Presskuchens aus Vergasungsstoffen, die keine Brikettiereigenschaften aufweisen müssen. Dabei sind Presskuchen-Durchmesser bis 50 cm realisierbar, wodurch eine große Pressenleistung erzielbar ist. Die beschriebene Methode gewährleistet eine hohe Sicherheit gegen Gasdurchbruch bei Drücken bis 100 bar.

Bezugszeichenliste

1 ) Zuführung für polydisperse Schüttgüter

2) Vibrationsbehälter

3) Manschette

4) Vorlagebehälter

5) Stopfpresse

6) Pressenstempel

7) Druckloser Formkanal

8) Ringspalt zwischen Pressenstempel 6 und Formkanal 7

9) Schlagfläche des Pressenstempels 6

10) Schmiermittelzuführung

1 1 ) Schieber (Aktive Rückschlagsperre)

12) Radiometrische Dichtemessung

13) Verengung (Passive Rückschlagsperre)

14) Druckbelasteter Formkanal

15) Transportkanal

16) Kegelverschluss

17) Zuführungsraum zum Vergaser 18

18) Vergaser

19) Kegelverschluss

20) Gaszuführung

21 ) Auflockerungselement

22) Luftauslassventil

a) Rückexpansionsabstand

Zitierte Nicht-Patentliteratur

H. Krug, W. Naundorf: Braunkohlenbrikettierung 2, Abschnitt 8, VEB Deutscher Verlag der Grundstoffindustrie, Leipzig, 1984

J. Schmidt: Technologie der Gaserzeugung, Band 1 - Entgasung und Verkokung, VEB Deutscher Verlag der Grundstoffindustrie, Leipzig, 1964

A. Rosin, H.-W. Schröder, J.-U. Repke: Briquetting press as lock-free continuous feeding System for pressurized gasifiers, Fuel 1 16, 2014, S. 871-878

E. Rammler, H. Jacob: Zur Kenntnis der Brikettiereigenschaften der Braunkohle. In: H. Mansfeld (Hrsg.): Untersuchungen über den Trocknungsverlauf von Braunkohle im Röhrentrockner, Freiberger Forschungshefte, A 102, Akademie Verlag, Berlin, 1958

H.-J. Klutz, C. Moser, D. Block: Stand der Entwicklung der WTA-Wirbelschichttrocknung für Braunkohle bei der RWE Power AG. In: M. Beckmann, A. Hurtado: Kraftwerkstechnik - Sichere und nachhaltige Energieversorgung, Band 2, TK-Verlag, 2010, ISBN-13: 978- 3935317573, S. 427-444