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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Drehrohr, insbesondere für einen
Drehrohrofen zur Herstellung von Aktivkohle, nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 sowie einen Drehrohrofen mit einem solchen Drehrohr.
Des weiteren betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung dieses
Drehrohres bzw. Drehrohrofens zur Herstellung von Aktivkohle.
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Aktivkohle
ist aufgrund ihrer recht unspezifischen adsorptiven Eigenschaften
das am meisten angewandte Adsorbens. Gesetzliche Auflagen, aber auch
das steigende Bewußtsein
der Verantwortung für
die Umwelt, führen
zu einem steigenden Bedarf an Aktivkohle.
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Dabei
wird die Aktivkohle zunehmend sowohl im zivilen wie auch im militärischen
Bereich angewendet. Im zivilen Bereich kommt die Aktivkohle beispielsweise
für die
Aufreinigung von Gasen, Filteranlagen für die Klimatisation, Autofiltern
etc. zur Anwendung, während
im militärischen
Bereich die Aktivkohle Verwendung in Schutzmaterialien aller Art findet
(z. B. Atemschutzmasken, Schutzabdeckungen und Schutzbekleidungsstücken aller
Art, wie z. B. Schutzanzügen
etc.)
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Aktivkohle
wird im allgemeinen durch Carbonisierung (synonym auch als Schwelung,
Pyrolyse oder Verkokung bezeichnet) und nachfolgende Aktivierung
geeigneter kohlenstoffhaltiger Ausgangsmaterialien erhalten. Dabei
werden solche Ausgangsmaterialien bevorzugt, die zu ökonomisch
vernünftigen
Ausbeuten führen.
Denn die Gewichtsverluste durch Abspalten flüchtiger Bestandteile bei der
Carbonisierung und durch den Abbrand beim Aktivieren sind erheblich.
Für weitere
Einzelheiten zur Herstellung von Aktivkohle kann beispielsweise
verwiesen werden auf H. v. Kienle und E. Bäder, Aktivkohle und ihre industrielle
Anwendung, Enke Verlag Stuttgart, 1980.
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Die
Beschaffenheit der erzeugten Aktivkohle – fein- oder grobporig, fest
oder brüchig
etc. – hängt vom
kohlenstoffhaltigen Ausgangsmaterial ab. Übliche Ausgangsmaterialien
sind beispielsweise Kokosnußschalen,
Holzabfälle,
Torf, Steinkohle, Peche, aber auch besondere Kunststoffe, wie z.
B. sulfonierte Po lymere, die unter anderem bei der Herstellung von
Aktivkohle in Form von Körnchen
oder Kügelchen
eine große
Rolle spielen.
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Aktivkohle
wird in verschiedenen Formen verwendet: Pulverkohle, Splitterkohle,
Kornkohle, Formkohle und seit Ende der 1970er Jahre auch korn- und
kugelförmige
Aktivkohle (sogenannte "Kornkohle" bzw. "Kugelkohle"). Kornförmige, insbesondere
kugelförmige
Aktivkohle hat gegenüber
anderen Formen von Aktivkohle wie Pulver-, Splitterkohle und dergleichen
eine Reihe von Vorteilen, die sie für bestimmte Applikationen wertvoll
oder sogar unverzichtbar macht: Sie ist rieselfähig, enorm abriebfest und staubfrei
und sehr hart. Kornkohle, insbesondere Kugelkohle, ist wegen ihrer
speziellen Form, aber auch wegen der extrem hohen Abriebfestigkeit
für besondere
Einsatzgebiete, so z. B. Flächenfiltermaterialien
für Schutzanzüge gegen
chemische Gifte oder Filter für
niedrige Schadstoffkonzentrationen in großen Luftmengen, sehr gefragt.
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Bei
der Herstellung von Aktivkohle, insbesondere Kornkohle und Kugelkohle,
wird in den meisten Fällen
von geeigneten Polymeren ausgegangen. Bevorzugt kommen sulfonierte
Polymere, insbesondere sulfonierte divinylbenzolvernetze Styrolpolymere,
zum Einsatz, wobei die Sulfonierung auch in situ in Gegenwart von
Schwefelsäure
bzw. Oleum erreicht werden kann. Als geeignetes Ausgangsmaterial
dienen z. B. Ionenaustauscherharze bzw. deren Vorstufen, bei denen
es sich zumeist um divinylbenzolvernetzte Polystyrolharze handelt,
wobei im Falle der fertigen Ionenaustauscher die Sulfonsäuregruppen
bereits im Material vorhanden sind und im Falle der Ionenaustauschervorstufen
noch durch Sulfonierung eingeführt
werden müssen.
Die Sulfonsäuregruppen
spielen eine entscheidende Funktion, da ihnen die Rolle eines Vernetzers
zukommen, indem sie bei der Carbonisierung abgespalten werden. Nachteilig
und problematisch sind aber insbesondere die großen Mengen an freigesetzten
Schwefeldioxid sowie die damit unter anderem verbundenen Korrosionsprobleme
in den Herstellapparaturen.
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Üblicherweise
erfolgt die Herstellung von Aktivkohle in Drehrohröfen. Diese
weisen beispielsweise eine Eintragsstelle für die Rohstoffbestickung am Ofenanfang
und. eine Austragsstelle für
das Endprodukt am Ofenende auf.
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Bei
den herkömmlichen
Prozessen zur Herstellung von Aktivkohle nach dem Stand der Technik werden
bei der diskontinuierlichen Herstellung sowohl die Carbonisierung
als auch die nachfolgende Aktivierung in einem einzigen Drehrohr
durchgeführt.
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Bei
der Carbonisierung, welcher einer Phase der Vorcarbonisierung bzw.
Vorschwelung vorangehen kann, erfolgt die Umwandlung des kohlenstoffhaltigen
Ausgangsmaterials zu Kohlenstoff, d. h. mit anderen Worten wird
das Ausgangsmaterial verkohlt. Bei der Carbonisierung der zuvor
genannten organischen Polymere auf Basis von Styrol und Divinylbenzol,
die vernetzende funktionelle chemische Gruppen, welche bei ihrer
thermischen Zersetzung zu freien Radikalen und somit zu Vernetzungen
führen,
insbesondere Sulfonsäuregruppen,
enthalten, werden – unter
Abspaltung flüchtiger
Bestandteile, wie insbesondere SO2 – die funktionellen
chemischen Gruppen, insbesondere Sulfonsäuregruppen, zerstört, und
es bilden sich freie Radikale, die eine starke Vernetzung bewirken – ohne die
es keinen Pyrolyserückstand
(=Kohlenstoff) gäbe.
Geeignete Ausgangspolymere der vorgenannten Art sind insbesondere
Ionenaustauscherharze (z. B. Kationenaustauscherharze bzw. saure
Ionenaustauscherharze, vorzugsweise mit Sulfonsäuregruppen, so z. B. Kationenaustauscherharze
auf Basis sulfonierter Styrol/Divinylbenzol-Copolymere) bzw. deren
Vorstufen (d. h. die unsulfonierten Ionenaustauscherharze, welche
vor oder bei der Carbonisierung noch mit einem geeigneten Sulfonierungsmittel,
wie z. B. Schwefelsäure und/oder
Oleum, sulfoniert werden müssen).
Im allgemeinen wird die Pyrolyse unter inerter Atmosphäre (z. B.
Stickstoff) oder allenfalls leicht: oxidierender Atmosphäre durchgeführt. Gleichermaßen kann
es vorteilhaft sein, während
der Carbonisierung, insbesondere bei höheren Temperaturen (z. B. im
Bereich von etwa 500 °C
bis 650 °C),
zu der Inertatmosphäre
eine kleinere Menge an Sauerstoff, insbesondere in Form von Luft
(z. B. 1 bis 5 %), zuzugeben, um eine Oxidation des carbonisierten
Polymerskeletts zu bewirken und auf diese Weise die nachfolgende
Aktivierung zu erleichtern.
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Aufgrund
der bei der Carbonisierung abgespaltenen sauren Reaktionsprodukte
(z. B. SO2) ist diese Stufe des Herstellungsprozesses
der Aktivkohle extrem korrosiv in bezug auf das Ofenmaterial und stellt
höchst
Ansprüche
in bezug auf die Korrosionsbeständigkeit
des Drehrohrofenmaterials.
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Der
Carbonisierung schließt
sich dann die Aktivierung des carbonisierten Ausgangsmaterials an.
Das Grundprinzip der Aktivierung besteht darin, einen Teil des bei
der Schwelung generierten Kohlenstoffs selektiv und gezielt unter
geeigneten Bedingungen abzubauen. Hierdurch entstehen zahlreiche Poren,
Spalten und Risse, und die auf die Masseneinheit bezogene Oberfläche der
Aktivkohle nimmt erheblich zu. Bei der Aktivierung wird also ein
gezielter Abbrand der Kohle vorgenommen. Da bei der Aktivierung
Kohlenstoff abgebaut wird, tritt bei diesem Vorgang ein zum Teil
erheblicher Substanzverlust ein, welcher unter optimalen Bedingungen
gleichbedeutend mit einer Erhöhung
der Porosität
ist und eine Zunahme der inneren Oberfläche (Porenvolumen) der Aktivkohle
bedeutet. Die Aktivierung erfolgt daher unter selektiv bzw. kontrolliert
oxidierenden Bedingungen. Übliche
Aktivierungsgase sind im allgemeinen Sauerstoff, insbesondere in
Form von Luft, Wasserdampf und/oder Kohlendioxid sowie Gemischen diese
Aktivierungsgase. Den Aktivierungsgasen können gegebenenfalls Inertgase
(z. B. Stickstoff) zusesetzt werden. Um eine technisch ausreichend
hohe Reaktionsgeschwindigkeit zu erzielen, wird die Aktivierung
im allgemeinen bei relativ hohen Temperaturen durchgeführt, insbesondere
im Temperaturbereich von 700 °C
bis 1.200 °C,
vorzugsweise 800 °C bis
1.100 °C.
Dies stellt hohe Anforderungen an die Temperaturbeständigkeit
des Drohrohrofenmaterials.
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Da
das Drehrohrofenmaterial also einerseits den sehr korrosiven Bedingungen
der Carbonisierungsphase als auch den Hochtemperaturbedingungen
der Aktivierungsphase standhalten muß, kommen für die Herstellung des Drehrohrofens
nur solche Materialien zum Einsatz, welche eine gute Hochtemperaturkorrosionsbeständigkeit
aufweisen, d. h. insbesondere Stähle,
welche eine gute Beständigkeit gegenüber chemisch
aggressiven Materialien, insbesondere eine gute Korrosionsbeständigkeit,
sowie eine gute Hochtemperaturbeständigkeit in einem einzigen
Material vereinen. Dies sind insbesondere hochlegierte Stähle, d.
h. Stähle
mit mehr als 5 % Legierungselementen. Insbesondere werden als Materialien
für die
Herstellung von Drehrohröfen
hochlegierte Chrom- oder
Chrom/Nickel-Stähle
verwendet.
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Die
hochtemperaturkorrosionsbeständigen Stähle haben
aber den entscheidenden Nachteil, daß sie nur mäßig bis schlecht verschweißbar sind.
Dies stellt deshalb ein Problem dar, weil zur innigen Durchmischung
des Beladungsgu tes, insbesondere für ein homogenes Inkontaktbringen
des Beladungsgutes mit den Aktivierungsgasen, Mischelemente in Form
schaufelartiger Umwälz-
oder Wendeblechen – synonym
auch als Materialleitbleche bezeichnet – im Innenraum des Drehrohrofens
vorhanden sein müssen,
die gleichermaßen
aus hochtemperaturkorrosionsbeständigem
Stahl bestehen und innenseitig mit den Innenwandungen des Drehrohres
verschweißt werden,
um einen stabilen Verbund zum Drehrohrinneren herzustellen. Beim
Verschweißen
dieser hochtemperatur- und korrosionsbeständigen Stähle mit hohen Chrom- oder Chrom/Nickel-Gehalten
kann eine Versprödung
des Materials eintreten (z. B. durch Ausscheidungsvorgänge und
sogenannte Sigma-Phasenbildung). Zudem kann über Temperaturen oberhalb von
900 °C ein
Kornwachstum auftreten, welches ebenfalls mit einer Versprödung des
Werkstoffes verbunden ist. Daher ist die Verschweißung der
Misch- bzw. Umwälzelemente
mit den Innenwandungen des Drehrohres in herkömmlichen Herstellapparaturen
nicht unproblematisch.
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Zum
anderen sind die Verschweißungen bzw.
Schweißnähte im Inneren
des Drehrohres während
des Prozesses der Aktivkohleherstellung stets starken Beanspruchungen
ausgesetzt, und zwar zum einen durch korrosive Prozesse während der
Carbonisierung und zum anderen durch die sehr hohen Temperaturen
bei der Aktivierung, so daß hohe
Beanspruchungen in bezug auf die Schweißnähte auftreten. Dies erfordert
eine ständige
Wartung und Überprüfung, was
nicht unproblematisch ist, da die Schweißnähte innenseitig angebracht
sind und folglich eine Wartung nur außerhalb des Betriebs des Drehrohres
möglich
ist.
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Um
die zuvor geschilderten Probleme zu vermeiden, schlägt die WO
01/83368 A1 vor, die korrosive Prozeßstufe der Schwelung, welche
mit den Ausstoß saurer
Gase (z. B. SO2) verbunden ist, von der
Hochtemperaturstufe der Nachschwelung und Aktivierung zu trennen,
d. h. die korrosive Phase der Schwelung in anderen Apparaturen durchzuführen als
die Hochtemperaturphase der Nachschwelung und Aktivierung. Dies
hat zwar den Vorteil, daß man unterschiedliche
Drehrohrmaterialien für
die korrosive Phase der Schwelung einerseits und die Hochtemperaturphase
der Nachschwelung und Aktivierung andererseits verwenden kann, die
jeweils an die korrosive Phase und an die Hochtemperaturphase angepaßt sind.
Dies ist aber mit dem Nach teil verbunden, daß Schwelung und Aktivierung
getrennt voneinander durchgeführt
werden müssen,
d. h. nicht in einem einzigen diskontinuierlichen Prozeß in einer einzigen
Apparatur durchgeführt
werden können.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt somit darin, eine Apparatur
zur Verfügung
zu stellen, welche sich insbesondere für die Herstellung von Aktivkohle
eignet.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt somit in der Bereitstellung
eines Drehrohres bzw. eines Drehrohrofens, insbesondere für die Herstellung
von Aktivkohle, welches bzw. welcher die zuvor geschilderten Nachteile
des Standes der Technik zumindest teilweise vermeidet oder zumindest abschwächt.
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Zur
Lösung
des zuvor geschilderten Problems schlägt die vorliegende Erfindung
ein Drehrohr nach Anspruch 1 vor. Weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen
sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Weiterer
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Drehrohrofen nach
Anspruch 17, welcher das erfindungsgemäße Drehrohr umfaßt.
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Schließlich ist
ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung die Verwendung
des erfindungsgemäßen Drehrohres
bzw. Drehrohrofens zur Herstellung von Aktivkohle entsprechend Anspruch 18.
Weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Verwendung
sind Gegenstand der Verwendungsunteransprüche.
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Gegenstand
der vorliegenden Erfindung – gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung – ist somit ein Drehrohr, insbesondere
für einen Drehrohrofen
zur Herstellung von Aktivkohle, mit mehreren, im Innenraum des Drehrohres
angeordneten Mischelementen für
die Umwälzung
bzw. Durchmischung des Beladungsgutes, insbesondere in Form von
Umwälz-
oder Wendeblechen (synonym auch als Materialleitbleche bezeichnet),
wobei das Drehrohr Durchbrechungen zur Aufnahme von Befestigungsabschnitten
der Mischelemente aufweist und diese Befestigungsabschnitte mit
dem Drehrohr außenseitig
verschweißt
sind. Eine Besonderheit der vorliegenden Erfindung muß daher
in der außenseitigen
Verschweißung
der Befestigungsabschnitte der Mischelemente gesehen werden.
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Die
Befestigungsabschnitte der Mischelemente sind also sozusagen durch
die Durchbrechungen in der Drehrohrwandung durchgesteckt und außenseitig
verschweißt.
Hierdurch wird insbesondere vermieden, daß die Verschweißungsstellen
bzw. Schweißnähte den
im Innern des Drehrohres im Betriebszustand vorherrschenden aggressiven
Bedingungen bei der Aktivkohleherstellung – korrosive Gase bei der Carbonisierung
und hohe Temperaturen bei der Aktivierung – ausgesetzt sind. Dadurch, daß die Verschweißungsstellen
bzw. Schweißnähte auf
diese Weise einer deutlich geringeren Belastung ausgesetzt sind,
wird deren Standzeit deutlich erhöht. Durch die außenseitige
Verschweißung
wird zudem die Wartung entscheidend erleichtert: Die Verschweißungsstellen
zwischen Mischelementen/Drehrohr lassen sich von außen ohne
weiteres überprüfen und
warten und bei Bedarf ausbessern bzw. reparieren. Eine Wartung kann
daher selbst im Betriebszustand des Drehrohres erfolgen.
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Auf
diese Weise können
außerdem
Verschweißungsmaterialien
(synonym auch Schweißmaterialien
oder Schweißgut
genannt) zum Einsatz kommen, welche eine optimale und dichte Verbindung
Mischelemente/Drehrohr gewährleisten,
aber den im Betrieb vorherrschenden korrosiven Hochtemperaturbedingungen
im Inneren des Drehrohres ansonsten nicht ohne weiteres dauerhaft
standhalten würden.
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Weitere
Vorteile, Eigenschaften, Aspekte, Besonderheiten und Merkmale der
vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung
eines in der Zeichnung dargestellten, bevorzugten Ausführungsbeispiels.
Es zeigt:
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1 Eine
schematische Seitenansicht eines Drehrohrofens nach einem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung im Schnitt;
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2A einen
radialen Querschnitt durch das Drehrohr;
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2B einen
vergrößerten Ausschnitt
des in 2A gekennzeichneten Bereiches;
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3A–C eine
schematische Darstellung von Profilen der Mischelemente mit unterschiedlich ausgebildeten
Befestigungsabschnitten.
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1, 2A und 2B zeigen
ein Drehrohr 1 nach der vorliegenden Erfindung, welches
in einem Drehrohrofen zur Herstellung von Aktivkohle verwendet werden
kann. Im Innenraum 1 des Drehrohres 1 sind mehrere
Mischelemente 3 für
die Umwälzung
bzw. Durchmischung des Beladungsgutes 4 angeordnet. Bei
diesen Mischelementen kann es sich beispielsweise um Umwälz- oder
Wendebleche (Materialleitbleche) handeln. Das Drehrohr 1 weist Durchbrechungen 5 auf,
welche der Aufnahme von Befestigungsabschnitten 6 der Mischelemente 3 dienen.
Die Befestigungsabschnitte 6 der Mischelemente 3 sind
mit dem Drehrohr 1 außenseitig
verschweißt.
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Die
im Innenraum 2 des Drehrohres 1 befindlichen Mischelemente 3 sind
vorteilhafterweise über den
Innenraum 3 des Drehrohres 1 verteilt angeordnet,
so daß eine
optimale Umwälzung
bzw. Durchmischung des Beladungsgutes 4 im Betriebszustand gewährleistet
ist. Die Mischelemente 3 sind über ihre Befestigungsabschnitte 6 mit
dem Drehrohr 1 durch außenseitige Verschweißung dauerhaft
verbunden. Die Befestigungsabschnitte 6 der Mischelemente 3 sind
sozusagen durch die in der Wandung des Drehrohrs 1 befindlichen
Durchbrechungen 5 durchgesteckt und ragen insbesondere
außenseitig
ein wenig heraus bzw. hervor, so daß eine außenseitige Verschweißung der
Befestigungsabschnitte 6 der Mischelemente 3 mit
dem Drehrohr 1 (d. h. also mit der Außenwandung des Drehrohrs 1)
ermöglicht
wird.
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Wie
zuvor geschildert, ist die außenseitige Anbringung
der Verschweißung
mit einer Reihe von Vorteilen verbunden: Zum einen wird durch die
außenseitige
Verschweißung
vermieden, daß die
Verschweißungsstelle
bzw. Schweißnaht
den im Inneren 2 des Drehrohres 1 im Betriebszustand
vorherrschenden aggressiven Bedingungen bei der Aktivkohleherstellung – korrosive
saure Gase und hohe Temperaturen – ausgesetzt ist. Durch die
außenseitige
Anbringung der Verschweißung
ist es außerdem möglich, diese
ohne weiteres von außen – auch im Betriebszustand – zu warten
bzw. zu überprüfen und bei
Bedarf auszubessern bzw. reparieren. Schließlich können auf diese Weise optimale
Schweißmaterialien
zum Einsatz kommen, welche eine gute und sichere dauerhafte Verbindung
Mischelemente 3/Drehrohr 1 gewährleisten,
aber ansonsten den im Betrieb vorherrschenden korrosiven Hochtemperaturbedingungen
im Inneren 2 des Drehrohres 1 nicht ohne weiteres
dauerhaft standhalten würden.
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Wie
aus 1 und insbesondere den 2A und 2B ersichtlich,
erfolgt die außenseitige
Verscheißung
der Befestigungsabschnitte 6 der Mischelemente 3 mit
dem Drehrohr 1 über
einen Schweißabschnitt 7.
Dieser Schweißabschnitt 7 weist
vorteilhafterweise mindestens zwei Schweißschichten bzw. zwei Schweißnähte 7a, 7b auf.
Die beiden Schweißschichten
bzw. Schweißnähte 7a, 7b sind
vorteilhafterweise übereinander
angeordnet bzw. aufgebracht. Es entstehen somit doppelte Schweißschichten
bzw. Schweißnähte 7a, 7b.
Dies hat den Vorteil, daß für die verschiedenen
Schweißschichten 7a, 7b unterschiedliche
Materialien eingesetzt werden können.
Beispielsweise können
auf diese Weise Schweißmaterialien
unterschiedlicher Temperatur- und Korrosionsbeständigkeit eingesetzt bzw. miteinander
kombiniert werden, wobei die innere Schweißschicht 7a vorteilhafterweise
korrosions- und hochtemperaturbeständig sein sollte, während eine
Korrosionsbeständigkeit
bei der äußeren Schweißschicht 7b nicht
in dem selben Maße
gefordert ist. Durch die Verwendung mehrerer Schweißschichten
bzw. Schweißnähte 7a, 7b wird
eine dichte, insbesondere gasdichte und zuverlässige Verschweißung der
Verbindungsabschnitte 6 der Mischelemente 3 mit
dem Drehrohr 1 erreicht. Gemäß einer besonderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird eine der beiden Schweißschichten 7a, 7b austenitisch,
insbesondere vollaustenitisch, und die andere ferritisch-austenitisch
ausgebildet. Besonders bevorzugt wird die innere Schweißschicht 7a austenitisch,
insbesondere vollaustenitisch, und die äußere Schweißschicht 7b ferritisch-austenitisch ausgebildet.
Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
erfolgt die Verschweißung
durch Auftragsschweißen
(z. B. durch Elektrodenschweißen).
Im allgemeinen erfolgt die Verschweißung derart, daß der Scheißabschnitt 7 zumindest
im wesentlichen gasdicht ausgebildet ist.
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Im
allgemeinen sind die Befestigungsabschnitte 6 der Mischelemente 3 derart
ausgebildet, daß sie
außenseitig
vorragen. Mit anderen Worten ragen die Befestigungsabschnitte 6 über die äußere Wandung
des Drehrohres 1 heraus bzw. hinaus, was eine gute Verschweißbarkeit
und eine gute Verankerung der Befestigungsabschnitte 6 ermöglicht.
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Die
Durchbrechungen 5 in der Wandung des Drehrohres 1,
welche zur Aufnahme der Befestigungsabschnitte 6 der Mischelemente 3 dienen,
sind im allgemeinen schlitzartig ausgebildet. Durch diese insbesondere
schlitzartigen Durchbrechungen 5 können dann die Befestigungsabschnitte 6 der
Mischelemente 3 durchgesteckt sein, vorteilhafterweise
so, daß die
Befestigungsabschnitte 6 vorragen, d. h. ein wenig von
der äußeren Ummantelung
des Drehrohres abstehen, damit sie besser verschweißt werden können. Dies
ist in den 2A und 2B ersichtlich.
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Was
die Befestigungsabschnitte 6 Mischelemente 3 anbelangt,
so sind verschiedene Ausgestaltungen möglich, um eine sichere Verbindung
der Befestigungsabschnitte 6 mit dem Drehrohr 1 zu
gewährleisten:
Einige davon sind in den 3A bis 3C dargestellt.
Beispielsweise besteht die Möglichkeit,
daß sich
die Befestigungsabschnitte 6 der Mischelemente 3 über die
gesamte Anlage- oder Umfangslänge
der Mischelemente 3 erstrecken; in diesem Fall sind die
Befestigungsabschnitte 6 vollständig durch die Durchbrechungen 5 in
der Wandung des Drehrohrofens 1 durchgesteckt, und eine
solche Ausführungsform
ist in 3A dargestellt. Alternativ besteht
die Möglichkeit,
daß die
Befestigungsabschnitte 6 kürzer als die Anlage- oder Umfangslänge der
Mischelemente 3 sind; solche Ausführungsformen sind in den 3B und 3C dargestellt.
In den letztgenannten Fällen
gemäß 3B und 3C können die
Mischelemente 3 beispielsweise eine Schulter am Übergang
zum Befestigungsschnitt 6 aufweisen, welche insbesondere
zur Anlage an die Innenseite bzw. Innenwandung des Drehrohrs 1 dient.
Auch besteht die Möglichkeit,
daß die
Mischelemente 3 jeweils mehrere, in unterschiedliche Durchbrechungen 5 eingreifende
Befestigungsabschnitte 6 aufweisen, wie dies beispielsweise
in 3C dargestellt ist.
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Was
die Mischelemente 3 anbelangt, so können diese beispielsweise schaufel- oder plattenartig ausgebildet
sein, um eine sichere und intensive durch Mischung und Umwälzung des
Beladungsgutes 4 zu gewährleisten.
Gemäß einer
Ausführungsform
verlaufen die Mischelemente zumindest im wesentlichen in Radialrichtung
des Drehrohres 1, was eine besonders intensive Durchmischung
des Beladungsgutes 4 gewährleistet. Als Mischelemente 3 können beispielsweise
Bleche, insbesondere gewinkelte Bleche (Winkelbleche), verwendet
werden, welche in der Art einer Schaufel das Beladungsgut 4 durchmischen.
Dies ist dem Fachmann als solches bekannt.
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Was
das Drehrohr 1 und die Mischelemente 3 anbelangt,
so bestehen diese vorteilhafterweise aus hochtemperatur- und korrosionsbeständigem Material,
insbesondere Stahl. Denn sowohl das Drehrohr 1 als auch
die Mischelemente 3 müssen den
extrem korrosiven Bedingungen der Carbonisierungsphase und den Hochtemperaturbedingungen der
Aktivierungsphase bei der Herstellung von Aktivkohle standhalten.
Beispiele für
geeignete hochtemperatur- und korrosionsbeständige Stähle, aus denen das Drehrohr 1 und/oder
die Mischelemente 3 hergestellt werden können, sind
hochlegierte Stähle,
d. h. Stähle
mit mehr als 5 % Legierungselementen. Beispiele hierfür sind hochlegierte
Chrom- und Chrom/Nickel-Stähle,
vorzugsweise mit einem Chrom- und/oder Nickelanteil über 10 %,
insbesondere über
15 %, besonders bevorzugt über
20 %, bezogen auf die Legierung. Bevorzugt werden als Material für die Herstellung
des Drehrohres 1 und/oder der Mischelemente 3 ferritische
oder ferritisch-austenitische Stähle
mit gutem Korrosions- und Hochtemperaturverhalten verwendet.
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Des
weiteren weist das erfindungsgemäße Drehrohr
vorteilhafterweise Einlaß- und Auslaßeinrichtungen
zum Einführen
und Auslassen sowie Durchleiten von Gasen auf, beispielsweise zum
Einleiten von Inertgasen für
die Carbonisierungsphase bei der Aktivkohleherstellung und zum Einleiten
von Oxidationsgasen für
die Aktivierungsphase bei der Aktivkohleherstellung. Dies ist in
den Figuren nicht dargestellt.
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Zu
einer verbesserten Wartung des Innenraums des Drehrohres 1 kann
dieses in der Wandung des Drehrohres ein sogenanntes Mannloch aufweisen,
welches dicht mit dem Drehrohr 1 verschließbar ist
und so das Einsteigen von Wartungspersonal in den Innenraum 2 des
Drehrohres 1 außerhalb
des Betriebs ermöglicht.
Dies ist in den Figuren ebenfalls dargestellt. Auf diese Weise wird
eine Wartung auch des Innenraums 2 des Drehrohrs 1 auf
einfache Weise gewährleistet.
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Wie
zuvor beschrieben, wird das Drehrohr 1 nach der vorliegenden
Erfindung insbesondere in Drehrohröfen zur Herstellung von Aktivkohle
verwendet. Gegenstand der vorliegenden Erfindung – gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung – ist somit ein Drehrohrofen,
welcher das zuvor beschriebene Drehrohr 1 nach der vorliegenden
Erfindung aufweist.
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Weiterer
Gegenstand der vorliegenden Erfindung – gemäß einem dritten Aspekt der
Erfindung – ist
die Verwendung eines wie zuvor beschriebenen Drehrohrs 1 bzw.
eines dieses Drehrohr 1 enthaltenen Drehrohrofens zur Herstellung
von Aktivkohle. Wie im Einleitungsteil der vorliegenden Erfindung
beschrieben, erfolgt die Herstellung der Aktivkohle im allgemeinen
durch Carbonisierung (synonym auch als Pyrolyse, Schwelung oder
Verkokung bezeichnet) und nachfolgende Aktivierung kohlenstoffhaltiger Ausgangsmaterialien,
insbesondere organischer Polymere, so z. B. sulfonierter organischer
Polymere (z. B. sulfonierter divinylbenzolvernetzter Polystyrole), welche
in dem Drehrohr bzw. Drehrohrofen nach der vorliegenden Erfindung
carbonisiert und nachfolgend aktiviert werden. Dabei wird die Carbonisierung
im allgemeinen bei Temperaturen von 100 °C bis 750 °C, insbesondere 150 °C bis 650 °C, vorzugsweise 200 °C bis 600 °C, durchgeführt, vorzugsweise
unter inerter oder allenfalls leicht oxidierender Atmosphäre, wie
im einleitenden Teil beschrieben. Dabei kann der Carbonisierung
noch eine Stufe der Vorcarbonisierung bzw. Vorschwelung vorgeschaltet
sein. Die Aktivierung wird dagegen im allgemeinen bei Temperaturen
von 700 °C
bis 1.200 °C,
insbesondere 800 °C
bis 1.100 °C,
vorzugsweise 850 °C
bis 1.000 °C, durchgeführt. Die
Carbonisierung wird – wie
im einleitenden Teil beschrieben – im allgemeinen unter kontrolliert
bzw. selektiv oxidierenden Bedingungen, insbesondere unter kontrolliert
oxidierender Atmosphäre,
durchgeführt.
Als geeignete Ausgangspolymere der vorgenannten Art sind insbesondere
Ionenaustauscherharze (z. B. Kationenaustauscherharze bzw. saure
Ionenaustauscherharze, vorzugsweise mit Sulfonsäuregruppen, so z. B. Kationenaustauscherharze
auf Basis sulfonierter Styrol/Divinylbenzol-Copolymere) bzw. deren
Vorstufen (d. h. die unsulfonierten Ionenaustauscherharze, welche
vor oder bei der Carbonisierung noch mit einem geeigneten Sulfonierungsmittel,
wie z. B. Schwefelsäure
und/oder Oleum, sulfoniert werden müssen) zu nennen. Für weitere
diesbezügliche
Einzelheiten kann auf obige Ausführungen
im einleitenden Teil verwiesen werden.
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Das
Drehrohr bzw. der Drehrohrofen nach der vorliegenden Erfindung ermöglicht die
Herstellung von Aktivkohle ausgehend von geeigneten kohlenstoffhaltigen
Ausgangsmaterialien durch Carbonisierung und nachfolgende Aktivierung
in einer einzigen Apparatur unter relativ leichter Handhabung. Durch
die außenseitige
Verschweißung
der Mischelemente wird ein leicht zu wartendes, wenig reparaturanfälliges System
bereitgestellt, welches geeignet ist, sowohl den extrem korrosiven
Bedingungen der Carbonisierungsphase als auch den Hochtemperaturbedingungen
der Aktivierungsphase standzuhalten. Die außenseitige Verschweißung ermöglicht die Verwendung
von Verschweißungsmaterialien (=Schweißmaterialien
bzw. Schweißgut),
die für
die Verschweißung
optimal geeignet sind, aber für
eine innenseitige Verschweißung
nicht ohne weiters Anwendung finden könnten, da sie den korrosiven Hochtemperaturbedingungen
im Inneren des Drehrohrofens während
des Betriebszustandes nicht ohne weiteres auf Dauer standhalten
würden.
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Weitere
Vorteile, Ausgestaltungen, Abwandlungen, Variationen und Eigenschaften
der vorliegenden Erfindung sind für den Fachmann beim Lesen der
Beschreibung ohne weiteres ersichtlich und verständlich, ohne daß er hierbei
den Rahmen der vorliegenden Erfindung verläßt.