PROCESS FOR THE MANUFACTURE OF ACTIVE CARBON

Abstract: 1. A method for manufacturing activated carbon from preferably forest-fresh chopped material, with or without binder as the case may be compressed ligno-cellulose material - such as for example peat -, sawdust pallets, and their carbonised products in a continuous process in a shaft furnace employing a combustion chamber, characterised in that a hot water vapor-containing gas having at most 0.5 volume % oxygen and about 1 volume % carbon monoxide and a temperature lying around 10 to 30 degrees C above the temperature in the activation zone is manufactured in the combustion chamber by combustion of at least a portion of the exhaust gas, and is introduced at the level beneath the activation zone at a speed of 0.1 to 0.6 metres per second (with respect to the empty furnace).

Description: Verfahren zur Herstellung von Aktivkohle Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Aktivkohle durch thermische Aktivierung aus vorzugsweise waldfrischem Hackgut beziehungsweise mit und ohne Bindemittel pressverdichtetem Lignocellulosematerial - wie zum Beispiel Torf-, Sägespänepeliets- sowie deren Verkokungsprodukten in einem Schacht ofen im kontinuierlichen, einstufigen Prozess. Aktivkohle wird traditionell durch chemische Aktivierung von meist unverkohlten Rohstoffen wie Sägespänen, Torf, u. a. oder durch thermische Aktivierung von verkohlten Rohstoffen wie Holzkohle, Torfkohle, Braunkohlenschwelr koks u. a. hergestellt. Bei einem bekannten Verfahren zur Herstellung von Pulverkohle wird Braunkohlenhochtemperaturkoks in einen Drehrohrofen aufgegeben und dabei mit geringen Mengen einer Kaliumcarbonatlösung vermischt. Im Gleichstrom zum Pest- stoff werden Generatorgas, Luft und Wasser eingeleitet. Beim langsamen Durchlauf wird der Koks bei Temperaturen 0 von 920 bis 970 C aktiviert, Das Abgas verlässt den Schornstein mit einer Temperatur von 880 bis 900 OC, Das Aktivat wird nach Zwischenlagerung einer zeit- und kostenaufwendigen Wäsche unterzogen, getrocknet und weiter aufbereitet. Nach SU-EB 116 076 wird die Holzkohle kontinuierlich in einen Schacht ofen aufgegeben und durchwandert ihn von oben nach unten. Heissgas, Luft und Wasserdampf strömen den Fest stoffen entgegen. In der speziellen Ausfuhrung dieser Erfindungsbeschreibung wird ein Teil der Abgase mit einer Gaswäsche gereinigt, in einer Brennkammer erhitzt und wieder in den Schachtofen geleitet. Ausserdem wird in Brennern, die in mehreren Etagen ringförmig um die Aktivierungszone angeordnet sind, mittels ejektorartig eingeleiteter Luft Prozessgas aus dem Ofen gezogen und in dem Ofen verbrannt. Wie üblich wird von unten Wasserdampf in den Ofen eingeleitet. Diese und viele andere Verfahren zur Herstellung von Aktivkohle durch thermische Aktivierung sind zweistufig, d. h. zunächst wird die Holzkohle bzw. der Koks hergestellt und danach die Aktivierung durchgeführt. Das bedeutet, dass die Herstellung in einer Anlage entweder nur satzweise mit jeweiliger Neueinstellung der Parameter durchgeführt werden kann oder im kontinuierlichen Prozess auf zwei verschiedenen Anlagen mit entsprechender Zwischenlagerung, Transport und in aller Regel vollständigem Neuaufheizen erfolgen muss. Der Aufwand für den Transport und der Energieverlust sind erheblich. Nach DE-OS 30 22 911 ist ein einstufiges, kontinuierliches Verfahren zur lierstellung von Aktivkohle aus kohlenstoffhaltigen Produkten, darunter z. B. Kiefernspanen, in einem Schachtofen durch thermische Aktivierung bekannt. Der Schachtofen hat die typischen Abmessungen von Höhe zu Durchmesser von etwa 2 : 1. Der zerkleinerte Feststoff wird getrocknet und über-eine Schleuse in den Schachtofen aufgegeben. Er durchwandert nacheinander eine Trocknungs-, Pyrolyse-, primäre Aktivierungs-, sekundäre Aktivierungs-, eine Vorentlerungs- und eine Entleerungszone. In die sekundäre Aktivierungszone wird wie üblich der Wasserdampf eingeleitet. In die primäre Aktivierungszone wird in mehreren Niveaus Luft in signifikant verschiedenen Mengen bzw. Durchsätzen oder Geschwindigkeiten eingeleitet. Die Niveaus werden unabhängig voneinander gesteuert, um auf diese Weise in der primären Zone im wesentlichen isothermie Bedingungen zu erzeugen, so dass das Material in dieser Zone eine im wesentlichen gleichmässige Temperatur von 760 bis etwa 1150 C, vorzugsweise 870 bis 980 0C bzw. im AusführungsbeisPiel 980 0C aufweist. Die Gesamtluftmenge ist so bemessen, dass alle in der primären Aktivierungszone gebildeten gasförmigen Reaktionsprodukte oxidiert werden. Dadurch wird der Kohleabbrand minimiert. Nach diesem Verfahren wird eine Aktivkohle mit einer spe 2 zifischen Oberfläche von mindestens 400 m2/g und vorzugs- weise von 600 bis 900 m2/g hergestellt. Die Schachtofenabgase werden nach ihrer Reinigung in einer Gaswäsche teilweise zusammen mit Luft in einer Brennkammer zur Erzeugung der heissen Trocknungsgase abgezogen. Der Rest wird energetisch anderweitig verwerten. Der Vorteil des Verfahrens besteht darin, dass kontinuierlich im einstufigen Verfahren direkt aus z. B. Holz gute Aktivkohle mit einer relativ hohen spezifischen Oberfläche hergestellt werden kann. Besondere Probleme bereitet allerdings die Luftzuführung in die primäre Aktivierungszone. Die Luftzufuhr muss spezifisch für jede Ebene genau geregelt werden, andernfalls entsteht entweder kein Aktivat oder zu viel Abbrand. Letztlich begrenzt dieser Verfahrena- teil auch die Herstellung einer noch höherwertigeren Aktivkohle, d. h. einer Aktivkohle mit einer noch höheren spezifischen Oberfläche bei einer gerade noch vertretbaren vernünftigen Ausbeute. Die Kompliziertheit dieses Verfahrensschrittes zeigt im übrigen sehr deutlich, welche Schwierigkeiten beim Übergang vom traditionellen zweistufigen Verfahren der thermischen Sktivie- rung zum einstufigen Verfahren zu lösen sind. Die Lufteinleitungsrohe werden wassergekühlt (zusätzli- che Energieverluste). Sie behindern den Durchgang des Feststoffes. Er muss stark zerkleinert aufgegeben werden, wodurch zusätzliche Abscheider im Prozess erforderlich sind Ausserdem arbeitet das Verfahren nur mit einer Vortrocknungsstufe. Ziel der Erfindung ist es, hochwertige Aktivkohle im einstufigen, kontinuierlichen Verfahren aus vorzugsweise waldfrischem Hackgut beziehungsweise mit und ohne Bindemittel pressverdichtetem Lignocellulosematerial - wie zum Beispiel Torf-, Sägespänepellets- sowie deren Verkokungsprodukten herzustellen. Aufgabe der Erfindung ist es, das Verfahren zur Herstellung von Aktivkohle in einem Schachtofen im kontinuier lochen Prozess so zu verändern, dass der Prozess steuerbar ist, gute Ausbeuten an hochwertiger Aktivkohle erreicht werden sowie die Anlage flexibel verschiedenen Produktionsaufgaben und ohne Zusatzeinrichtungen an Forderungen des Umweltschutzes angepasst werden kann. Brfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass we nigstens ein Teil der Abgase aus dem Schachtofen zu einem feuchten Heissgas, das maximal 0,5 Vol.-5' Sauerstoff und etwa 1 Vol.-% Kohlenmonoxid enthält und eine um 10 bis 30 0C über der Temperatur in der Aktivierungszone liegende Temperatur aufweist, verbrannt und mit einer Geschwindigkeit von 0,1 bis 0,6 m/s (bezogen auf den leeren Reaktor) in die Ebene unter der Aktivierungszone eingeleitet wird. Im Gegensatz zu bisherigen Verfahren, bei denen Heissgas, Luft und Wasnerdampf mehr oder weniger getrennt nebeneinander in den Ofen eingeleitet wurden, wird erfindungsge mäss in der Brennkammer ein Prozessgas hergestellt, das allein zur Aktivierung verwendet wird. Dadurch wird eine die Ausbeute vermindernde Verbrennung des festen Kohlen stoffmaterials mit Luftsauerstoff im Schachtofen vermieden. Insgesamt wird die Steuerung des Prozesses wesentlich vereinfacht. Der Prozess kÅann den Eigenschaften des Einsatzmaterials und der geforderten Produktqualität besser angepasst werden. In einer vorzugsweisen Ausführung werden alle Ofenabgase vollständig in der Brennkammer verbrannt. 25 bis 65 % des hergestellten wasserdampfhaltigen Heissgases wird dann dem Ofen zugeführt. Das restliche Heissgas wird energetisch weiter verwendet, z. B. zur Vorwärmung der Luft vor der Brennkammer und/oder zur Warmwasserbereitung. Dadurch werden die brennstoffreichen Reaktionsprodukte aus der Aktivierungs- und der Pyrolysezone des Ofens energetisch vollständig genutzt und bei vollständiger Verbrennung in der Brennkammer von umweltbelastenden Schadstoffen wesentlich befreit, ohne dass -hierfür zusätzliche Sinrich- tungen, wie z. B achverbrennungsanlagen erforderlich sind. Es ist möglich, vor der vollständigen Verbrennung der Ofenabgase wenigstens einen Teil des stoffwirtschaftlich wertvollen Holzteers abzuscheiden und dafür die Stützfeuerung der Brennkammer mit einem stoffwirtschaftlich weniger wertvollen Brennstoff zu betreiben. Die Temperatur der Ofenabgase sollte über 120 0C liegen, um eine Kondensation des Wasserdampfes zu vermeiden. An < 1ererseits ist es zur Gewinnung hochwertiger Holzteer- fraktionen vorteilhaft, die Ofenabgastemperatur bei 80 0 bis 100 C zu halten. Bei der Verarbeitung sehr trockenen Holzes, z. B. alter Bahnschwellen, muss Wasser in das Heissgas oder an anderer Stelle des Gaskreislaufes eingespritzt werden. In allen anderen Fällen hat es sich gezeigt, dass der Wassergehalt des Holzes genügt, um ein für die Aktivierung ausreichend wasserdampfhaltiges Heissgas in der Brennkammer herzustellen. Das Verfahren kann in einem Schachtofen mit einem kegelförmigen Drehrost dtirchgefuhrt werden. In dem nach oben gewölbten Kegel befinden sich über die Fläche verteilt mehrere Öffnungen zum Einströmen des wasserdampfhaltigen Heissgases. Weitere Einbauten sind zwischen der Einlassschleuse und dem Austragskegel nicht erforderlich. Das bedeutet, dass die Stückgrösse des Hackgutes grösser bemessen werden kann. Ausserdem entsteht dadurch der Vorteil, dass alle Stoffwandlungsverfahren, die in derartigen Schacht öfen durchgeführt werden können, wie z. B. die Herstellung von Holzkohle, bei einer zeitweiligen Änderung der Nachfrage durch kurzfristige Umstellung von Temperatur und Zusammensetzung des Gases sowie der Strömungsgeschwin digkeit realisiert werden können. Nach dem Verfahren wurde Aktivat mit einer spezifischen Oberfläche von mindestens 600 m2/g und vorzugsweise von 2 800 bis 1200 m2/g hergestellt. Das Aktivat hatte einen so geringen Aschegehalt, dass es ohne Wäsche zu standardgerechter Pulveraktivkohle aufbereitet werden konnte. In der Zeichnung ist eine Anlage zur erfindungsgemässen Durchführung des Verfahrens dargestellt. Der Schachtofen 1 hat ein Verhältnis von Höhe zu Durchmesser (gemessen an seinem inneren Reaktionsraum) von etwa 2 : 1. Im unteren Teil befindet sich ein drehbarer Kegelrost 2. Sein nach oben gewölbter Kegel weist eine Vielzahl von Öffnungen zum Einströmen des Prozessgases auf. Für den Austrag der Aktivkohle 13 ist eine Wasserschüssel 3 und eine Förderschnecke (nicht dargestellt) vorgesehen. Im Kopf des Schachtofens befindet sich eine Schleuse 4 für die Beschickung mit Kiefernhackgut 5. Das Kiefernhackgut hatte eine Stückgrösse bis zu 60 mm und eine Feuchtigkeit von etwa 50 %. Im Kopf des Schacht ofens werden die Ofenabgase 6 abgezogen. Sie haben eine Temperatur von 80 bis 120 C. Auf dem Weg der Abgase zur Brennkammer 14 ist ein Lüfter und ein Zyklon zwischengeschaltet. Er beschleunigt den Abgasstrom. An seinen Flügeln und im Zyklon wird ca. 50 % des Holzteeres 8 abgeschieden. Der restliche Teil des Abgases wird der Brennkammer vollständig zugeführt und in ihr verbrannt. Hierzu wird in die Brennkammer Luft 9 eingeblasen und Brennstoff 10 für die Stützfeuerung zugeführt0 Das wasserdampfhaltige Heissgas 11 verlässt die Brennkammer. Es hat eine Temperatur von ca. 870 0C, einen Sauerstoffgehalt von ca. 0,3 Vol.4o und einen Kohlenmonoxidgehalt von etwa 1 Vol.-%. 35 - 45 % des wasserdampfhaltigen Heissgases werden durch den Kegelrost 2 in die Ebene unterhalb der Aktivierungszone geleitet. Der Rest 12 wird anderwZtig energetisch verwertet. Das Aktivat hatte eine spez. Oberfläche von 900 m2/g, einen Methylenblauadsorptionswert von 9,6 ml/ 100 mg, einen Melassewert von 420 mg, eine Jodadsorption von 655 mg/l und einen Aschegehalt Von ca. 8,5 %. Für die Herstellung von Holzkohle wurde der gleiche Schachtofen wie im o. g. Beispiel verwendet. Mit Hilfe der Schleuse 4 wurde in den Reaktor 5 Packgut und/oder Holzabschnitte eingebracht. Die Abschnitte hatten maximale Kantenlänge von ca. 25 cm. Die Peuchtigkeit des Einsatzgutes betrug 10 bis 50 %. Die Abführung der Ofengase 6 erfolgte in der gleichen Weise wie oben. Bei geringer Feuchte stieg die Abgastemperatur bis auf 250 C an. Zur Kondensation des Teeres ist dann eine Gaskühlung mit Wasser erforderlich (nicht dargestellt). Durch diese Temperaturregulierung erfolgt die Teerabscheidung 8 wie im obigen Beispiel. In der Brennkammer 14 werden die restteerhaltigen Abgase mit Luft 9 verbrannt. Die Brenakammertemperatur beträgt 800 bis 850 C, sie muss durch direkte oder indirekte Kühlung (nicht dargestellt) auf ca, 650 C vor Eintritt in den Reaktor reguliert wer den. Durch Veränderung der Luftzufuhr in die Brennkammer kann eine Einstellung des Sauerstoffgehaltes im Heissgas erfolgen, die eine Regulierung der Reaktortemperatur er möglicht. Durch einen geringen Sauerstoffgehalt im Heissgas von ca. 0,5 % wurde die Ausbeute an Holzkohle hoch und deren Aschegehalt gering gehalten. Die erhaltene Holzkohle war je nach Einsatzgut kleinstückig/ pulvrig oder grobstückig. Ihr Anteil an flüchtigen Bestandteilen betrug 6 bis 8 %. Der Aschegehalt lag bei ca. 2 %. Bezugszeichen 1 Schachtofen 2 Kegelrost 3 Wasserschüssel 4 Schleuse 5 Kiefernhackgut 6 Ofenabgase 7 Lüfter und Zyklon 8 Holzteer 9 Luft 10 Brennstoff 11 wasserdampfhaltiges Heissgas 12 aus dem Kreislauf ausgeschiedenes wasserdampf haltiges Heissgas

Claims: Patentansprüche 1. Verfahren zur Herstellung von Aktivkohle aus vorzugs weise waldfrischem Hackgut beziehungsweise mit und ohne Bindemittel, pressverdichtetem Lignocellulose material - wie zum Beispiel Torf-, Sägespänepellets sowie deren Verkokungsprodukten im kontinuierlichen Prozess in einem Schachtofen unter Verwendung einer Brennkammer, gekennzeichnet dadurch, dass in der Brenn kammer durch Verbrennung wenigstens eines Teils der Ofenabgase ein wasserdampfhaltiges Heissgas mit maxi mal 0,5 Vol.-% Sauerstoff und etwa 1 Vol.-70 Kohlen 0 monoxid und einer um 10 bis 30 C über der Temperatur in der Aktivierungszone liegenden Temperatur herge stellt und in die Ebene unter der Aktivierungszone mit einer Geschwindigkeit von 0,1 bis 0,6 mfs (bezogen auf den leeren Ofen) eingeleitet wird. 2.Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die gesamten Ofenabgase in der Brennkammer verbrannt werden und 25 bis 65 % des in der Brennkammer erzeug ten wasserdampfhaltigen Heissgases in den Ofen geleitet wird. 3. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, dass der nicht in den Ofen zurückgeführte Teil des wasser dampfhaltigen Heissgases zu energetischen Zwecken, z. B. zur Vorwärmung der Luft für die Brennkammer und zur Warmwasserbereitung, genutzt wird. 4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, dass in der Brennkammer aller brennbaren Be standteile vollständig verbrannt werden. 5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, dass wenigstens ein Teil des Absetzteers vor der Brennkammer aus den Ofenabgasen abgeschieden wird. 6. Verfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet dadurch, dass die Abgastemperatur zwischen 80 und 100 0C liegt. 7. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, dass bei der Verarbeitung von waldfrischem Hackgut aus Wa- delholz 35 bis 45 % des wasserdampfhaltigen Heissgases mit einer Temperatur von 860 bis 880 C hergestellt und mit einer Geschwindigkeit von 0,2 bis 0,3 m/s in die Ebene unterhalt der Aktivierungszone eingeleitet werden. 8. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, dass bei der Verarbeitung von trockenem Hackgut, z. B. aus alten Bahnschwellen beziehungsweise mit und ohne Binde mittel pressverdichtetem Lignocellulosematerial - wie zum Beispiel Torf-, Sägespanepellets- sowie deren Ver kokungsprodukten, der Brennkammer bzw. dem Abgas vor der Brennkammer Wasser zugesetzt wird.

Inventors: BLOSSFELD, OTFRIED, DOZ. DR.RER.SILV., DIPL.-FORS., BORN, MANFRED, DR.SC.TECHN., DR.-ING. DIPL.-ING., FISCHER, FRIEDRICH, PROF.EM., DR.RER.NAT.HABIL, HEIDRICH, MATTHIAS, DR.-ING., DIPL.-ING., HENNIG, FRIEDHELM, DIPL.-ING. OEC., KLOSE, ERHARD, PROF., DR.-ING., DIPL.-ING., LOTZSCH, PETER, PROF.DR.SC.TECH.DR.-ING., DIPL.-I., RIEDEL, DIETRICH, DIPL.-CHEM., SEIDEL, HANS, DR.RER.NAT.,DIPL.-CHEM., WIENHAUS, OTTO, DR.SC.NAT.,DR.RER.NAT., DIPL.-F., ZIMMER, JORG, DR.-ING., DIPL.-ING., Lötzsch, Peter, Prof.Dr.sc.tech.Dr.-Ing., Dipl.-I., Zimmer, Jörg, Dr.-Ing., Dipl.-Ing.
Applicants: TECHNISCHE UNIVERSITAT DRESDEN
Application year: 1986
Main classification: C01B31
IPC codes: C01B31, C10B53