Projektflyer - Lehr- und Forschungsgebiet Technologie der ...

Biokoks für
Gießereiprozesse
Lehr- & Forschungsgebiet
Technologie der
Energierohstoffe
Prof. Dr.-Ing. Peter Quicker
Wüllnerstraße 2
52062 Aachen
Kontakt
Dipl.-Ing. Guillermo Peña Chipatecua
Telefon: 0241-80- 90714
Telefax: 0241-80- 92624
pena@teer.rwth-aachen.de
www.teer.rwth-aachen.de
Biokoks für Gießereiprozesse
Hintergrund
Der Kupolofen ist ein Schmelzaggregat zur Herstellung von Gusseisen aus
Roheisen. Neben Roheisen werden Stahlschrott, Kreislaufmetall und Gießereikoks
im Kupolofen eingesetzt. Die Hauptaufgaben des Gießereikokses im genannten
Kupolofenprozess sind die Bereitstellung von Energie und der Einsatz als
Aufkohlungsmittel. Der Gießereikokspreis lag im Mai 2011 bei ca. 550 €/t. Durch die
Nutzung des Gießereikokses während des Prozesses wurden etwa 1,5 Mio. t an
CO 2 in 2011 emittiert. Daher werden die Betriebe nicht nur durch die hohen Preise
für Gießereikoks sondern auch durch den CO 2-Zertifikathandel belastet. Aufgrund
dieser Tatsachen suchen die Betreiber von Kupolöfen nach alternativen Substituten
für den Gießereikoks.
Zielsetzung & Vorgehen
Ein vielversprechender alternativer Kohlenstoffträger für den Einsatz im Kupolofen
können Biomassereststoffe sein, die durch thermo-chemische
Konversionsverfahren, wie die Pyrolyse in höherwertige Kohlenstoffprodukte
überführt werden können. Durch den Einsatz von biogenen Einsatzstoffen können
fossile Ressourcen geschont werden.
Im Rahmen eines Forschungsprojektes am Lehr- und Forschungsgebiet Technologie
der Energierohstoffe werden Möglichkeiten zur Substitution von fossilen
Kohlenstoffträgern (Gießereikoks und Blaskohle) im Kupolofen durch biogene
Kohlen/Kokse untersucht. Im ersten Schritt wurden verschiedene Biomassen (Stroh,
Rinde, Grünschnitt, Altholz, Hackschnitzel, Nussschalen, etc.) in einem
Technikumsdrehrohr pyrolysiert, um somit die Pyrolysierbarkeit und die
Eigenschaften der Carbonisate zu untersuchen. Da die Carbonisate aus der
Biomassepyrolyse anders als der Koks bei der Steinkohlenverkokung in einer
unzureichenden Korngröße vorliegen, müssen die Carbonisate in einem weiteren
Schritt brikettiert werden. Anschließend sollen mehrere Tonnen an biogenen
Kohlenstoffträgern aus ausgewählten Biomassen in einer Pilot-
Drehrohrpyrolyseanlage hergestellt werden. Die erzeugten Carbonisate werden
anschließend brikettiert und in industriellen Kupolofenversuchen erprobt und
analysiert.
Aktueller Projektstand
Die Pyrolyseversuche im Technikumsmaßstab konnten bereits zeigen, dass
verschiedene Biomassen durch die thermo-chemische Umwandlung in Carbonisate
mit erhöhten Kohlenstoffanteilen überführt werden können. Zur Herstellung von
Biokoks für den Gießereiprozess im Kupolofen eignen sich vor allem holzige
Rohstoffe, wie Waldrestholz, Altholz AI oder Rinde. Die Brikettierung der
Carbonisate ist unter der Zugabe von Bindemitteln möglich und liefert
zufriedenstellende Festigkeiten für einen Einsatz im Kupolofen.
Zurzeit wird die Pilot-Drehrohrpyrolyseanlage im Kreis Aachen aufgebaut, um die
notwendigen Mengen für die industriellen Schmelzversuche zu erzeugen.
Anschließend erfolgt die industrielle Brikettierung des Biokokses um die
Teilsubstitution des fossilen Gießereikokses und die relevanten Messgrößen im
Praxisbezug zu bewerten.

Biochar for
Foundry processes
Unit of
Technology of Fuels
Prof. Dr.-Ing. Peter Quicker
Wüllnerstraße 2
52062 Aachen
Contact
Dipl.-Ing. Guillermo Pena Chipatecua
Phone: +49-241-80- 90714
Fax: +49-241-80- 92624
pena@teer.rwth-aachen.de
www.teer.rwth-aachen.de
Biochar for foundry processes
Background
The cupola furnace is a melting furnace for the production of cast iron out of raw
iron. Beside raw iron, there are also steel scrap, recycled metals and foundry coke
which are used in the cupola furnace. The main tasks of the foundry coke in the
cupola process are the supply of energy and the use as recarburizer. The price of
foundry coke was ca. 550 €/t in May 2011. Through the use of foundry coke for the
process, 1.5 M tons of CO2 were emitted in 2011.Hence, companies are not only
burdened by the high prices of foundry coke but also by the CO2-certifcat system. As
a result, operators of cupola furnaces are looking for alternative substitutes for
foundry coke.
Objectives & approach
A promising alternative carbon carrier for the use in a cupola furnace may be
biomass residues, which can be converted into higher class carbon products by
thermo-chemical conversion processes such as pyrolysis. Through the use of
biogenic input material, fossil resources may be saved.
As part of the research project at the Unit of Technology of Fuels, possibilities for the
substitution of fossil carbon carriers (foundry coke, dust coal) by biogenic
carbon/coke are investigated. In a first step, several biomasses (straw, bark, green
waste, wood residues, nut shells, etc.) shall be pyrolysed in pilot scale rotary kiln to
investigate the pyrolysis capacity and the properties of the obtained carbonization
products. As the carbonization products from the biomass pyrolysis are, other than
coke from hard coal, only available in insufficient grain sizes, the carbonization
products further need to be briquetted to serve as a substitute for foundry coke.
Subsequently, several tons of biogenic carbon carriers from selected biomasses
shall be produced in a pilot scale rotary kiln. The produced carbonization products
will be briquetted, tested and analyzed in industrial cupola furnace trials.
Project status
The pilot scale pyrolysis tests have already shown that different biomasses can be
converted into carbonization products with higher carbon contents through the
thermo-chemical conversion. For the production of biocoke for the foundry process,
especially woody residues have proved to be suitable. The briquetting of the
carbonization products is possible with the addition of binding agents and leads to
satisfactory stability of the briquettes for the use in a cupola furnace.
Currently, the pilot rotary kiln pyrolysis plant is set up in the district of Aachen in
order to supply necessary amounts for the industrial melting tests. Subsequently, the
industrial briquetting of the biocoke is carried out to evaluate the partial substitution
of the fossil foundry coke and the relevant indicators with regard to practical
application.