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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Drehrohr, insbesondere für einen
Drehrohrofen zur Herstellung von Adsorbentien, vorzugsweise Aktivkohle, nach
dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie einen Drehrohrofen mit einem
solchen Drehrohr. Des weiteren betrifft die vorliegende Erfindung
die Verwendung dieses Drehrohres bzw. Drehrohrofens zur Herstellung
von Adsorbentien, vorzugsweise 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 Polymere, 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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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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Im
Rahmen der Herstellung von Aktivkohle in Drehrohröfen ist
es zudem erforderlich, daß mit
der Carbonisierung und der Aktivierung eine gute Durchmischung des
kohlenstoffhaltigen bzw. carbonisierten Ausgangsmaterials im Drehrohr
erfolgt. Denn durch eine gute Durchmischung des Ausgangsmaterials
wird gewährleistet,
daß beispielsweise
die während
der Carbonisierung abgespaltenen sauren Reaktionsprodukte gleichmäßig und
effektiv von dem kohlenstoffhaltigen Ausgangsmaterial abgeführt werden
können.
Auch bei dem Verfahrensschritt der Aktivierung ist eine gute Durchmischung
des carbonisierten Ausgangsmaterials wünschenswert, da vor dem Hintergrund
der Herstellung eines homogenen Aktivkohlematerials ein gleichmäßiger Kontakt
des carbonisierten Ausgangsmaterials mit den Aktivierungsgasen wünschenswert
ist. Somit kann eine gute Durchmischung des Ausgangsmaterials im
Rahmen der Aktivkohleherstellung in Drehrohröfen einen wichtigen Beitrag
zum Erhalt eines homogenen und leistungsfähigen Aktivkohleproduktes leisten.
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Eine
gute Durchmischung des Ausgangsmaterials, wie sie insbesondere durch
eine axiale Durchmischung – also
eine Durch- bzw. Vermischung entlang der Längsachse des Drehrohres – gewährleistet wird,
wird jedoch von herkömmlichen
Drehrohren des Standes der Technik nicht immer in ausreichendem Maße gewährleistet.
Insbesondere weisen derartige Drehrohre des Standes der Technik
keine gute axiale Durchmischung des Ausgangsmaterials auf. Dieser gravierende
Nachteil der Drehrohre des Standes der Technik ist ursächlich auch
darauf zurückzuführen, daß derartige
Drehrohre einen konstanten Innendurchmesser aufweisen und die Drehrohre
somit lediglich zylinderförmig
ausgebildet sind. Die in den Drehrohren des Standes der Technik
mitunter vorgesehenen, im Innenraum der Drehrohre angeordneten Mischelemente
können
in diesem Zusammenhang, insbesondere aufgrund ihrer begrenzten Dimensionen,
einhergehend mit ihrer Anordnung innerhalb des zylinderförmigen Rohres,
keinen wesentlichen Beitrag hinsichtlich der Gewährleistung einer nachhaltigen
axialen Vermischung des Ausgangsmaterials bzw. Beladungsgutes leisten.
Eine konkrete Abstimmung zwischen Drehrohrgeometrie einerseits und
Anordnung bzw. Ausbildung der Mischelemente andererseits vor dem
Hintergrund, die axiale Vermischung des Ausgangsmaterials zum Erhalt
eines homogeneren Endproduktes zu verbessern, ist im Stand der Technik
nicht vorgesehen. Nachteilig bei Drehrohren des Standes der Technik
ist somit die nicht immer optimale axiale Durchmischung des Ausgangsmaterials
bzw. Beladungsgutes, so daß folglich auch
das resultierende Endprodukt nicht immer hinsichtlich seiner Homogenität optimiert
ist.
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Vor
diesem technischen Hintergrund besteht somit die Aufgabe der vorliegenden
Erfindung darin, eine Apparatur bzw. ein Drehrohr zur Verfügung zu stellen,
welche bzw. welches sich insbesondere für die Herstellung von Adsorbentien,
vorzugsweise Aktivkohle, eignet, wobei die zuvor geschilderten Nachteile
des Standes der Technik zumindest teilweise vermieden oder aber
wenigstens abgeschwächt
werden sollen. Insbesondere soll ein Drehrohr bereitgestellt werden,
welches zu einer verbesserten axialen Durchmischung des Ausgangsmaterials
bzw. des Beladungsgutes führt,
so daß mit
einem derartigen Drehrohr besonders homogene Adsorptions- bzw. Aktivkohlematerialien
als Endprodukte mit gleichmäßig großen Porenvolumen
hergestellt werden können.
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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 23, 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 Adsorbentien, vorzugsweise
Aktivkohle, entsprechend Anspruch 24. 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 Adsorbentien, insbesondere Hochleistungsadsorbentien,
vorzugsweise Adsorbentien auf Basis von Aktivkohle, mit mehreren,
im Innenraum des Drehrohres angeordneten Mischelementen zur Durchmischung
eines Beladungsgutes, wobei das Drehrohr einen Übergangsbereich von einem kleineren
Innenquerschnitt zu einem größeren Innenquerschnitt
des Drehrohres aufweist und wobei die Mischelemente im Übergangsbereich
ausgebildet bzw. angeordnet sind derart, daß das Beladungsgut im Betrieb
von den Mischelementen zum kleineren Innenquerschnitt hin gefördert wird.
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Denn
die Anmelderin hat überraschenderweise
herausgefunden, daß insbesondere
die axiale Durch- bzw. Vermischung des Beladungsgutes bzw. des Ausgangsmaterials
zur Adsorbentien- bzw. Aktivkohleherstellung beträchtlich
verbessert werden kann, wenn das Drehrohr einen Übergangsbereich von einem kleineren
Innenquerschnitt zu einem größeren Innenquerschnitt
sowie Mischelemente aufweist, welche im Betrieb des Drehrohres das
Beladungsgut zum kleineren Innenquerschnitt hin fördern. Gleichzeitig
wird selbstverständlich
auch eine optimale radiale bzw. horizontale Durchmischung des Beladungsguts
erreicht.
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Auf
diese Weise wird ein Drehrohr geschaffen, welches zu einer hervorragenden
axialen Durchmischung, also zu einer hervorragenden Durchmischung des
Beladungsgutes entlang der Längsachse des
erfindungsgemäßen Drehrohres,
führt,
wobei gewährleistet
ist, daß während der
Durchmischung keine Entmischung bzw. Enthomogenisierung, d. h. keine
Aufspaltung des Beladungsgutes in Fraktionen größerer und kleinerer Teilchen,
und keine Vermahlung des Beladungsgutes stattfindet, was zu einer besseren
Homogenität
des Beladungsgutes und damit auch der daraus resultierenden Aktivkohle
führt.
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Ein
Grundprinzip der vorliegenden Erfindung ist somit darin zu sehen,
daß durch
die spezielle Positionierung und Ausbildung der Mischelemente im Übergangsbereich
gewissermaßen
eine Gegenläufigkeit
des Transportvorgangs durch die Mischelemente zum Transportvorgang
in Richtung des durch die verschiedenen Innenquerschnitte des Übergangsbereiches
resultierenden Gefälles
des Drehrohres resultiert. Mit anderen Worten transportieren die
Mischelemente, insbesondere Wendebleche, das Beladungsgut gewissermaßen in entgegengesetzter Richtung
zum Gefälle
des Übergangsbereiches,
was zu einer guten axialen Durchmischung des Beladungsgutes führt. Hierdurch
wird insbesondere eine Separierung des Beladungsgutes in große bzw.
Teilchen in effektiver Weise vermieden und ein gleichmäßiges Inkontaktbringen
des Beladungsgutes beispielsweise mit der oxidierenden Atmosphäre im Rahmen
des Aktivierungsschrittes gewährleistet,
wodurch ein besonders homogenes Endprodukt resultiert.
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Weiterhin
kann das erfindungsgemäße Drehrohr
gemäß einer
erfindungsgemäß besonders bevorzugten
Ausführungsform
zur Erhöhung
der mechanischen Stabilität,
insbesondere Widerstandsfähigkeit
gegenüber
Deformationen bei hohen Betriebstemperaturen, außenseitig mit Verstärkungselementen
ausgestattet sein. Gemäß einer
weiteren erfindungsgemäß bevorzugten
Ausführungsform
kann es zudem vorgesehen sein, daß die Mischelemente außenseitig
am Drehrohr befestigt bzw. verschweißt sind, vorzugsweise ausschließlich durch
die außenseitige
Befestigung bzw. Verschweißung
mit dem Drehrohr verbunden sind, um die Schweißverbindung vor den korrosiven
Bedingungen im Innenraum des Drehrohres und den dort vorherrschenden
hohen Betriebstemperaturen zu schützen.
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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 Drehrohres nach einem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung mit einem vergrößerten Ausschnitt eines Teilbereiches
des Drehrohres;
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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–D
eine schematische Seitenansicht eines Drehrohres gemäß einer
weiteren erfindungsgemäß bevorzugten
Ausführungsform
mit Ausschnitten A), B), C) und D) von verschieden ausgebildeten Ausgestaltungen
der Verstärkungselemente.
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1 und 3 zeigen
ein Drehrohr 1 nach der vorliegenden Erfindung, welches
für einen
Drehrohrofen zur Herstellung von Adsorbentien, vorzugsweise Aktivkohle,
verwendet werden kann. Nachfolgend bezieht sich der Begriff "Aktivkohle" auch auf Adsorbentien,
insbesondere Hochleistungsadsorbentien, im allgemeinen, auch wenn
dies dort nicht ausdrücklich
vermerkt ist.
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Wie
den 1 und 3 zu entnehmen ist, weist das
erfindungsgemäße Drehrohr 1 mehrere
im Innenraum 2 des Drehrohres 1 angeordnete Mischelemente 3 zur
Durchmischung eines Beladungsgutes 4 auf. Das erfindungsgemäße Drehrohr 1 zeichnet sich
dadurch aus, daß es
einen Übergangsbereich ÜB von einem
kleineren Innenquerschnitt Q1 zu einem größeren Innenquerschnitt Q2 des
Drehrohres 1 aufweist, und daß die Mischelemente 3 im Übergangsbereich ÜB ausgebildet
bzw. angeordnet sind derart, daß das
Beladungsgut 4 im Betrieb von den Mischelementen 3 zum
kleineren Innenquerschnitt Q1 hin gefördert wird.
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Wie
zuvor geschildert, wird durch die spezielle Ausgestaltung des Übergangsbereiches ÜB mit einem
kleineren und einem größeren Innenquerschnitt
Q1, Q2 sowie der speziellen Ausbildung bzw. Anordnung der Mischelemente 3 im Übergangsbereich ÜB eine besonders
gute axiale Durch- bzw. Vermischung des Beladungsgutes erreicht,
was in wirkungsvoller Weise eine Entmischung des Beladungsgutes,
insbesondere eine Trennung von großen und kleinen Teilchen, bzw.
eine Enthomogenisierung des Beladungsgutes verhindert. Aufgrund
der besseren bzw. gleichmäßigen Abfuhr
von Reaktionsprodukten während
der Carbonisierung des Beladungsgutes bzw. des verbesserten Inkontaktbringens
des Beladungsgutes mit der oxidativen Atmosphäre während des Aktivierungsprozesses
wird mit Hilfe des erfindungsgemäßen Drehrohres 1 eine
Aktivkohle mit hervorragenden Eigenschaften erhalten.
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Die
gute axiale Durchmischung wird insbesondere dadurch erreicht, daß die Mischelemente, insbesondere
in Form von Wendeblechen, beispielsweise als Umwälz- oder Transportbleche, welche
synonym auch als Materialleitbleche bezeichnet werden, ausgebildet
sind, gewissermaßen
einen zur Transportrichtung im Übergangsbereich
gegenläufigen
Transportprozeß,
nämlich
in entgegengesetzter Richtung zum Gefälle des Übergangsbereiches, bei Betrieb
des Drehrohres hervorrufen.
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Aufgrund
der verbesserten axialen Durchmischung resultiert durch Verwendung
des erfindungsgemäßen Drehrohres 1 im
Rahmen der Herstellung von Aktivkohle ein Aktivkohlematerial mit
gleichmäßiger Porenstruktur
und einer einheitlich großen
Oberfläche.
Dies ist – ohne
sich auf eine bestimmte Theorie festlegen zu wollen – dadurch
zu begründen,
daß sich
Teilchen bzw. Partikel des Beladungsgutes mit größerem Teilchen- bzw. Partikeldurchmesser
oberflächennah,
d. h. im Bereich der Innenwandung des Drehrohres schneller bewegen,
wodurch gewissermaßen
unter Ausbildung einer Wirbelschicht bzw. unter Annäherung an
das Prinzip einer Wirbelschicht eine vergrößerte Kontaktfläche des
Beladungsgutes zur Umgebungsatmosphäre resultiert.
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Der
Ausdruck "Betrieb" (d. h. Betrieb des Drehrohrofens)
ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung derart zu verstehen, daß insbesondere
während
der Herstellung der Aktivkohle eine Drehung bzw. Rotation des Drehrohres
in eine definierte Richtung, beispielsweise im Uhrzeigersinn, vorliegt.
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Was
den Begriff "Längsachse" (Längsachse des
Drehrohres) betrifft, so ist hierunter gleichermaßen die
Dreh- bzw. Rotationsachse des Drehrohres zu verstehen.
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1 und 3 zeigen
eine erfindungsgemäß bevorzugte
Ausführungsform,
wonach der Übergangsbereich ÜB des Drehrohres 1 konus- und/oder
kegelstumpfartig ausgebildet ist. In diesem Zusammenhang kann der Übergangsbereich ÜB des Drehrohres 1 insbesondere
im Schnitt entlang der Längsachse
konusförmig
ausgebildet sein. Mit anderen Worten kann der Übergangsbereich ÜB des Drehrohres 1 konisch
vergrößert bzw.
konisch erweitert sein. Hierdurch wird insbesondere bei Betrieb des
Drehrohres ein erster Transportvorgang des Beladungsgutes ausgehend
vom kleineren Innenquerschnitt Q1 in Richtung des größeren Innenquerschnitts
Q2 hervorgerufen.
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1 und 2 verdeutlichen
weiterhin, daß gemäß einer
weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform
die Enden des Übergangsbereiches ÜB des Drehrohres 1 mit
zylinderförmigen
Abschnitten und/oder mit zum Übergangsbereich ÜB des Drehrohres 1 insbesondere
gegenläufigen
Konusabschnitten ausgestattet sind, die sozusagen nach Art eines "Deckels" einen Austritt von
Beladungsgut 4 aus dem Drehrohr 1 im Betrieb verhindern
und/oder eine gute Zufuhr des Beladungsgutes 4 zum Übergangsbereich ÜB gewährleisten
sollen.
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Was
die Ausbildung des Übergangsbereiches ÜB des Drehrohres 1 anbelangt,
so kann sich dieser bis zu 90 %, insbesondere bis zu 80 %, vorzugsweise
bis zu 70 %, über
die Gesamtlänge
GL des Drehrohres 1 erstrecken. Insbesondere kann es erfindungsgemäß vorgesehen
sein, daß sich
der Übergangsbereich ÜB des Drehrohres 1 über 10 bis 90
%, insbesondere 20 bis 80 %, vorzugsweise 30 bis 70 %, der Gesamtlänge GL des
Drehrohres 1 erstreckt. Das ermöglicht eine optimale und nachhaltige
Durchmischung des Beladungsguts 4 auch in axialer Richtung
(neben der durch Umwälzung
erzielten radialen bzw. horizontalen Durchmischung, die selbstverständlich gleichermaßen erreicht
wird).
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Was
den Übergangsbereich ÜB weiterhin anbelangt,
so kann dieser – wie
in 1 zu sehen – einen
Steigungswinkel α der
Mantelfläche
des Übergangsbereiches ÜB zur Längsachse
LA des Drehrohres 1, bezogen auf deren zweidi mensionale
Projektionsebene, im Bereich von 1 bis 15°, insbesondere 2 bis 10°, vorzugsweise
3 bis 7°,
aufweisen.
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Der
Fachmann ist jederzeit in der Lage, die zuvor genannten Parameter
in bezug auf die Ausbildung des Übergangsbereiches ÜB des Drehrohres 1 derart
auszuwählen,
daß eine
Optimierung der axialen Durchmischung des Beladungsgutes 4 – insbesondere
im Zusammenhang mit der spezifischen Anordnung der Mischelemente 3 – resultiert.
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Was
die Mischelemente 3 anbelangt, so können diese platten- und oder
schaufelförmig
ausgebildet sein, wobei erfindungsgemäß eine schaufelförmige Ausbildung
der Mischelemente 3 bevorzugt ist, insbesondere wie sie
in der Ausschnittsvergrößerung zu 1 und
in 2A, 2B sowie 3 dargestellt ist.
Denn durch die schaufelförmige
Ausgestaltung der Mischelemente 3 kann die zu transportierende Menge
an Beladungsgut 4 weiter erhöht werden, wobei insbesondere
im Betrieb des Drehrohres 1 ein frühzeitiges Abrutschen des Beladungsgutes 4 von den
Mischelementen 3 vermieden wird. Durch die schaufelförmige Ausbildung
der Mischelemente 3 wird insbesondere eine sichere und
intensive Durchmischung und Umwälzung
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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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung sind die Mischelemente 3, insbesondere
zumindest im wesentlichen abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, zur
Längsachse
LA des Drehrohres 1 geneigt. Diesbezüglich ist es erfindungsgemäß bevorzugt, daß der Anstell-
bzw. Neigungswinkel β der
Mischelemente 3 oder deren Abschnitte entgegen der Aufweitung
des kegelstumpf- bzw. konusartigen Übergangsbereiches ÜB ausgebildet
ist. Mit anderen Worten sind – wie
in 1 dargestellt – die Wendebleche 3 entgegen
dem Gefälle
der Wandung des kegelstumpf- bzw.
konusartigen Übergangsbereiches ÜB, in welcher
das Beladungsgut 4 aufgenommen ist, geneigt, damit ein
Transport des Beladungsgutes 4 im Betrieb des Drehrohres 1 in
Richtung des kleineren Innenquerschnittes Q1 erfolgen kann.
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Weiterhin
ist es erfindungsgemäß bevorzugt, daß der Anstell-
bzw. Neigungswinkel β der
Mischelemente 3 oder deren Abschnitte zur Längsachse
LA des Drehrohres 1, bezogen auf deren zweidimensionale
Projektionsebene, in Abhängigkeit
von der Position der Mischelemente 3 entlang der Längsachse
LA des Drehrohres 1 ausgebildet ist, insbesondere der Neigungswinkel β der Mischelemente 3 oder
deren Abschnitte zumindest abschnittsweise über die Längsachse LA des Drehrohres 1 variiert
bzw. unterschiedlich ausgebildet ist. Diesbezüglich kann es vorgesehen sein,
daß – wie in 1 dargestellt – die Mischelemente r im
Bereich des kleineren Innenquerschnitts Q1 des Übergangsbereichs ÜB einen geringeren
Anstell- bzw. Neigungswinkel β aufweisen als
diejenigen Mischelemente 3, welche in Richtung des größeren Innendurchmessers
Q2 des Übergangsbereiches ÜB angeordnet
sind. Hierdurch kann gewissermaßen
eine positionsspezifische Abstufung des Durchmischungsvorganges
entlang der Längsachse
LA des Drehrohres 1 erreicht werden, was zu einer weiteren
Optimierung des Durchmischungsvorganges an sich führt. In
diesem Zusammenhang kann es auch vorgesehen sein, daß die axiale
Durchmischung beispielsweise im Bereich von Heizelementen lokal
vergrößert ist.
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Was
den zuvor definierten Anstell- bzw. Neigungswinkel β der Mischelemente 3 anbelangt,
so kann dieser im Bereich von 1 bis 45°, insbesondere 2 bis 35°, bevorzugt
3 bis 30°,
besonders bevorzugt 4 bis 25°,
ganz besonders bevorzugt 5 bis 20°,
liegen.
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Weiterhin
können
die Mischelemente 3 Längen
L, insbesondere bezogen auf deren Orientierung zur Längsachse
LA des Drehrohres 1, im Bereich von 1 bis 500 mm, insbesondere
20 bis 450 mm, bevorzugt 50 bis 400 mm, besonders bevorzugt 75 bis
350 mm, ganz besonders bevorzugt 100 bis 300 mm, aufweisen.
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Was
die konkrete Ausbildung der Mischelemente anbelangt, so kann der
Anstell- bzw. Neigungswinkel β in
Abhängigkeit
von der Form der Mischelemente 3, insbesondere von den
Längen
L der Mischelemente 3, insbesondere bezogen auf deren Orientierung
zur Längsachse
LA des Drehrohres 1, ausgebildet bzw. ausgewählt sein.
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Insgesamt
kann es erfindungsgemäß somit vorgesehen
sein, die Mischelemente 3 hinsichtlich ihrer Ausgestaltung
derart mit dem Drehrohr 1 als solchem bzw. dessen Übergangsbereich ÜB abzustimmen,
daß eine
optimale axiale Durchmischung des Beladungsgutes 4 resultiert.
Mit anderen Worten können
die jeweiligen Komponenten des erfindungsgemäßen Drehrohres 1 vor
dem Hintergrund der Gewährleistung
einer guten bzw. optimierten axialen Durchmischung des Beladungsgutes 4 aufeinander abgestimmt
werden.
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So
kann beispielsweise der Anstell- bzw. Neigungswinkel β in Abhängigkeit
von der Form der Mischelemente 3, insbesondere von den
Längen
L der Mischelemente 3, ausgebildet bzw. ausgewählt sein.
Diesbezüglich
kann es erfindungsgemäß vorgesehen
sein, daß der
Anstell- bzw. Neigungswinkel β bei
einer größeren Länge L der
Mischelemente 3 entsprechend kleiner ist bzw. daß der Anstell-
bzw. Neigungswinkel β bei
einer geringeren Länge
L der Mischelemente 3 entsprechend größer ist, um einen definierten
axialen Transport des Beladungsgutes zum kleineren Innenquerschnitt
des Übergangsbereiches ÜB zu gewährleisten.
Mit anderen Worten kann eine kürzere
Länge L
des Mischelementes 3 durch einen größeren Anstell- bzw. Neigungswinkel β kompensiert
werden und umgekehrt.
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In
diesem Zusammenhang kann die Ausbildung der Mischelemente 3 somit
auch auf die Ausbildung des Übergangsbereiches ÜB abgestimmt
werden, insbesondere in bezug auf dessen Verhältnis des kleineren Innenquerschnitts
Q1 zum größeren Innenquerschnitt
Q2, auf den Steigungswinkel α des Übergangsbereichs ÜB (d. h.
den eigentlichen Konuswinkel) und/oder auf dessen Länge. So
kann es vorgesehen sein, daß – ohne sich
hierauf beschränken
zu wollen – bei
einem großen
Steigungswinkel α der
Mantelfläche
des Übergangsbereiches ÜB zur Längsachse
LA der Anstell- bzw. Neigungswinkel β der Mischelemente 3 bzw.
die Längen
L der Mischelemente 3 entsprechend kleiner ausgebildet
sind. Mit anderen Worten können
die Mischelemente 3 hinsichtlich ihrer Längen L und
der Anstell- bzw. Neigungswinkel β in
Abhängigkeit
vom Gefälle,
von der Länge
und/oder von der Form des Übergangsbereichs ÜB ausgebildet
werden, wobei die Mischelemente 3 gleichermaßen entlang
der Langsachse LA des Drehrohres 1 im Übergangsbereich ÜB des Drehrohres 1 unterschiedlich
ausgebildet sein können.
In bezug auf die Ausbildung des erfindungsgemäßen Drehrohres 1 kann
insbesondere auch be rücksichtigt
werden, daß der Übergangsbereich ÜB des Drehrohres 1 unter
Berücksichtigung
des maximalen Volumenverlustes und des dadurch resultierenden Volumenstromes
des Beladungsgutes 4 ausgebildet wird.
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Gemäß einer
weiteren erfindungsgemäß bevorzugten
Ausführungsform
können
die Mischelemente 3 derart im Übergangsbereich ÜB des erfindungsgemäßen Drehrohres 1 positioniert
sein bzw. die Längen
L der Mischelemente 3 derart ausgewählt sein, daß die Wendebleche 3 entlang
der Längsachse
LA des Drehrohres 1 im Übergangsbereich ÜB zumindest
abschnittsweise gewissermaßen überlappend
angeordnet sind, d. h. die Wendebleche 3 in der zweidimensionalen
Projektionsebene bzw. Längsschnittebene
des Übergangsbereiches ÜB, insbesondere
zumindest in einem Abschnitt bzw. Segment des Übergangsbereiches ÜB, überlappen
(d. h. mit anderen Worten mindestens zwei Wendebleche 3 in dieser
Ebene über-
bzw. untereinander, jedoch in Richtung der Längsachse LA versetzt zueinander
angeordnet sind, und zwar derart, daß Abschnitte der Wendebleche 3 lotrecht über- bzw.
untereinander angeordnet sind). Auf diese Weise kann ein theoretisch ungehinderter
bzw. ununterbrochener Transport des Beladungsgutes 4 vom
größeren Innenquerschnitt Q2
zum kleineren Innenquerschnitt Q1 des Übergangsbereiches ÜB erfolgen.
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Wie
in der Ausschnittsvergrößerung zu 1 und
in 2A und 2B sowie
in 3B bis D dargestellt, können die
Mischelemente 3 Befestigungsschnitte 5 aufweisen,
welche vorzugsweise der Fixierung der Mischelemente 3 an
der Wandung des erfindungsgemäßen Drehrohres 1 dienen.
Darüber hinaus
können
die Mischelemente 3 auch Schaufelabschnitte 6 aufweisen,
welche in den Innenraum 2 des Drehrohres 1 ragen
und – wie
zuvor beschrieben – dem
Transport des Beladungsgutes dienen und somit gewissermaßen eine
Schaufelfunktion aufweisen.
-
In
diesem Zusammenhang ist es erfindungsgemäß möglich, daß die Schaufelabschnitte 6,
insbesondere an deren freien Enden, abgewinkelt sind, insbesondere
wobei die Schaufelabschnitte 6 einen Winkel γ im Bereich
von 90 bis 175°,
insbesondere 100 bis 160°,
vorzugsweise 110 bis 150°,
aufweisen. Gemäß einer
erfindungsgemäß besonders
bevorzugten Ausführungsform
be trägt
der Winkel γ 135°. In diesem
Fall sind die Mischelemente 3 also sozusagen als Winkelbleche
("Wendebleche") ausgebildet.
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Gemäß einer
weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform
können
die Mischelemente 3 das Drehrohr 1 radial durchgreifen.
Diesbezüglich
kann es vorgesehen sein, daß die
Mischelemente 3 außenseitig
mit dem Drehrohr 1 verschweißt sind, wobei es insbesondere
vorgesehen ist, daß das
Drehrohr 1 Durchbrechungen 7 zur Aufnahme der
Befestigungsabschnitte 5 der Mischelemente 3 aufweist und
die Befestigungsabschnitte 5 mit dem Drehrohr 1 über eine
Schweißverbindung 10 außenseitig
verschweißt
sind.
-
Die
Befestigungsabschnitte 5 der Mischelemente 3 können also
sozusagen durch die Durchbrechungen 7 in der Drehrohrwandung
durchgesteckt und außenseitig
verschweißt
sein. Hierdurch wird insbesondere vermieden, daß die Verschweißungsstellen
bzw. Schweißverbindungen 10 den
im Innenraum 2 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. Schweißverbindungen 10 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.
-
Auf
diese Weise können
außerdem
Verschweißungsmaterialien
(synonym auch Schweißmaterialien
oder Schweißgut
genannt) zum Einsatz kommen, welche eine optimale und dichte Verbindung
zwischen Mischelementen 3 und Drehrohr 1 gewährleisten,
aber den im Betrieb vorherrschenden korrosiven Hochtemperaturbedingungen
im Inneren des Drehrohres 1 ansonsten nicht ohne weiteres dauerhaft
standhalten würden.
-
In
diesem Zusammenhang kann der erfindungsgemäße Drehrohrofen 1 derart
ausgebildet sein, daß die
Mischelemente 3 ausschließlich über die außenseitige Verschweißung 10 mit
der Drehrohrwandung verbunden sind. Weitere Be festigungsmittel,
wie Schrauben, Bolzen, innere Schweißverbindungen und dergleichen,
sind dabei erfindungsgemäß nicht
erforderlich.
-
Die
Durchbrechungen 7 in der Wandung des Drehrohres 1,
welche zur Aufnahme der Befestigungsabschnitte 5 der Mischelemente 3 dienen,
sind im allgemeinen schlitzartig ausgebildet. Durch diese insbesondere
schlitzartigen Durchbrechungen 7 können dann die Befestigungsabschnitte 5 der
Mischelemente 3 durchgesteckt sein, vorteilhafterweise
so, daß die
Befestigungsabschnitte 5 vorragen, d. h. ein wenig von
der äußeren Ummantelung
des Drehrohres 1 abstehen, damit sie besser verschweißt werden können. Dies
ist in 1 (Ausschnittsvergrößerung) sowie 2A und 2B ersichtlich.
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Was
die Befestigungsabschnitte 5 der Mischelemente 3 anbelangt,
so sind verschiedene Ausgestaltungen möglich, um eine sichere Verbindung
der Befestigungsabschnitte 5 mit dem Drehrohr 1 zu
gewährleisten:
Beispielsweise besteht die Möglichkeit, daß sich die
Befestigungsabschnitte 5 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 der Ausschnittsvergrößerung von 1 dargestellt.
Alternativ besteht die Möglichkeit, daß die Befestigungsabschnitte 5 kürzer als
die Anlage- oder Umfangslänge
der Mischelemente 3 sind (nicht dargestellt). In den letztgenannten
Fällen
können
die Mischelemente 3 beispielsweise eine Schulter am Übergang
zum Befestigungsschnitt 5 aufweisen, welche insbesondere
zur Anlage an die Innenseite bzw. Innenwandung des Drehrohres 1 dient. Auch
besteht die Möglichkeit,
daß die
Mischelemente 3 jeweils mehrere, in unterschiedliche Durchbrechungen 7 eingreifende
Befestigungsabschnitte 5 aufweisen (nicht dargestellt).
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Was
die Mischelemente
3, insbesondere Wendebleche, als solche
sowie deren Verschweißung
an der Drehrohrwandung anbelangt, so kann insbesondere auf die
DE 10 2004 036 109
A1 bzw. die parallele
US-Patentanmeldung
mit der US-Seriennummer 11/176,032 mit Anmeldetag vom 7.
Juli 2005 verwiesen werden, deren jeweiliger gesamter Offenbarungsgehalt
hiermit durch Bezugnahme eingeschlossen ist.
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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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Wie
aus 1 (Ausschnittsvergrößerung) und 2B ersichtlich,
erfolgt die außenseitige
Verschweißung
der Befestigungsabschnitte 5 der Mischelemente 3 mit
dem Drehrohr 1 über
einen Schweißabschnitt 10.
Dieser Schweißabschnitt 10 weist
vorteilhafterweise mindestens zwei Schweißschichten bzw. zwei Schweißnähte 10a, 10b auf.
Die beiden Schweißschichten
bzw. Schweißnähte 10a, 10b sind vorteilhafterweise übereinander
angeordnet bzw. aufgebracht. Es entstehen somit doppelte Schweißschichten
bzw. Schweißnähte 10a, 10b.
Dies hat den Vorteil, daß für die verschiedenen
Schweißschichten 10a, 10b unterschiedliche
Materialien eingesetzt werden können.
Beispielsweise können
auf diese Weise Schweißmaterialien
unterschiedlicher Temperatur- und Korrosionsbeständigkeit eingesetzt bzw. miteinander
kombiniert werden, wobei die innere Schweißschicht 10a vorteilhafterweise
korrosions- und hochtemperaturbeständig sein sollte, während eine
Korrosionsbeständigkeit
bei der äußeren Schweißschicht 10b nicht
in dem selben Maße
gefordert ist. Durch die Verwendung mehrerer Schweißschichten
bzw. Schweißnähte 10a, 10b wird
eine dichte, insbesondere gasdichte, und zuverlässige Verschweißung der
Befestigungsabschnitte 5 der Mischelemente 3 mit
dem Drehrohr 1 erreicht. Gemäß einer besonderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird eine der beiden Schweißschichten 10a, 10b austenitisch,
insbesondere vollaustenitisch, und die andere ferritisch-austenitisch ausgebildet.
Besonders bevorzugt wird die innere Schweißschicht 10a austenitisch,
insbesondere vollaustenitisch, und die äußere Schweißschicht 10b ferritisch-austenitisch
ausgebildet. Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
erfolgt die Verschweißung durch
Auftragsschweißen
(z. B. durch Elektrodenschweißen).
Im allgemeinen erfolgt die Verschweißung derart, daß der Schweißabschnitt 10 zumindest im
wesentlichen gasdicht ausgebildet ist.
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Weiterhin
kann es erfindungsgemäß vorgesehen
sein, daß das
Drehrohr 1 außenseitig
mit mindestens einem Verstärkungselement 8 zur
Stabilisierung des Drehrohres 1 im Betrieb versehen ist.
Somit kann ein Drehrohr 1 mit Verstärkungselementen 8 bereitgestellt
werden, das im Betrieb, insbesondere unter extremen Temperaturbedingungen,
formstabil ist und eine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber Deformationen
aufweist. Denn die mechanische Stabilität bzw. die Formstabilität des Drehrohres 1 im
Betrieb, insbesondere auch unter extremen Bedingungen (wie sie z.
B. bei der Aktivkohleherstellung auftreten), kann beträchtlich
verbessert werden, wenn das Drehrohr 1 an seiner Außenseite
bzw. Außenwandung
mit mindestens einem Verstärkungselement 8,
vorzugsweise mit einer Mehrzahl von Verstärkungselementen 8,
versehen wird.
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Auf
diese Weise wird ein Drehrohr 1 geschaffen, welches mechanischen
Deformationen besser widerstehen kann und resistenter auch gegenüber starken
Druckdifferenzen und Druckschwankungen ist und somit auch unter
Betriebsbedingungen formstabil ist. Das erfindungsgemäße Drehrohr 1 weist folglich
gemäß dieser
erfindungsgemäßen Ausführungsform
eine zusätzlich
verbesserte Lebensdauer mit verringerter Tendenz zur vorzeitigen
Materialermüdung
auf. Auch sind infolgedessen die Prozeßführung und Prozeßkontrolle
erleichtert.
-
Das
Verstärkungselement 8 kann
derart ausgebildet sein, daß das
Drehrohr 1 in seinem Querschnitt und/oder in seiner Längserstreckung
stabilisiert wird. Wie in den 2 sowie 3 zu
sehen ist, kann sich das Verstärkungselement 8 peripher
um das Drehrohr 1 erstrecken. Dabei kann sich das Verstärkungselement 8 beispielsweise
senkrecht oder geneigt zur Drehachse des Drehrohres 1 erstrecken, wodurch
eine Verstärkung
bzw. Stabilisierung des Querschnittes des Drehrohres 1 realisiert
wird. Was den Begriff "peripher" betrifft, so bezieht
sich dieser auf eine umfangsmäßige Anordnung
des Ver stärkungselementes 8 auf
der Außenseite
bzw. Außenwandung
des Drehrohres 1.
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Was
die Anordnung des Verstärkungselementes 8 betrifft,
so ist dieses gemäß einer
erfindungsgemäß bevorzugten
Ausführungsform
koaxial zum Drehrohr 1 angeordnet, wie 2 und 3 zeigen.
Somit sind das Verstärkungselement 8 und das
Drehrohr 1 in der Querschnittsfläche konzentrisch zueinander
angeordnet.
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Weiterhin
verdeutlichen 2A sowie die Ausschnittsvergrößerungen
A) bis D) von 3, daß sich das Verstärkungselement 8 vorzugsweise
zumindest im wesentlichen vollständig über den
Umfang des Drehrohres 1 erstreckt. Gleichermaßen ist es
jedoch im Rahmen der vorliegenden Erfindung jedoch möglich, daß sich das
Verstärkungselement 8 abschnittsweise,
beispielsweise segmentartig, über den
Umfang des Drehrohres 1 erstreckt.
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2 und 3A zeigen, daß das Verstärkungselement 8 gemäß einer
erfindungsgemäß besonders
bevorzugten Ausführungsform
ringförmig ausgebildet
sein kann. Dabei kann das Verstärkungselement 8 beispielsweise
als Ringflansch bzw. nach Art eines Hohlzylinders ausgebildet sein.
Um ein enges und das Drehrohr 1 stabilisierendes Anliegen
des Verstärkungselementes 8 auf
der Außenwandung des
Drehrohres 1 zu gewährleisten,
sollte dabei der Innendurchmesser des Verstärkungselementes 8 zumindest
im wesentlichen dem Außendurchmesser des
Drehrohres 1 entsprechen. Dies bedeutet, daß der Innendurchmesser
der Verstärkungsringe
im Übergangsbereich ÜB in Richtung
des größeren Innenquerschnitts
Q2 zunimmt.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf eine ring- oder hohlzylindrische
Ausbildung des fakultativ vorgesehenen Verstärkungselementes 8 beschränkt. So
kann es beispielsweise auch vorgesehen sein, daß das Verstärkungselement 8 rippenartig
oder schraubenlinienförmig
ausgebildet ist. Bei einer schraubenlinienförmigen Ausbildung des Verstärkungselementes 8 erstreckt
sich das Verstärkungselement 8 gewissermaßen helixartig
in Längsrichtung des
Drehrohres 1 um dessen Umfang; auch bei dieser, in den
Figuren nicht dargestellten Ausführungsform
können
das Verstärkungselement 8 und
das Drehrohr 1 koaxial zueinander verlaufen bzw. angeordnet
sein.
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Gemäß einer
weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform
kann sich das Verstärkungselement 8 axial
entlang des Drehrohres 1 erstrecken, wodurch insbesondere
eine Stabilisierung des Drehrohres 1 in seiner Längserstreckung
erreicht wird. Dabei kann sich das Verstärkungselement 8 insbesondere über die
gesamte Länge
des Drehrohres 1 erstrecken. Was die axiale Anordnung des
Verstärkungselementes 8 betrifft,
so kann das Verstärkungselement 8 bei
dieser, in den Figuren nicht dargestellten Ausführungsform beispielsweise parallel
zur Dreh- bzw. Längsachse
des Drehrohres 1 auf der Außenwandung des Drehrohres 1 angeordnet
sein.
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Wie 3 zeigt,
weist das Verstärkungselement 8 als
solches z. B. einen zumindest im wesentlichen rechteckigen Querschnitt
auf, wobei sich der Querschnitt des Verstärkungselementes 8 auf
die Schnittfläche
gemäß einem
Schnitt in Radialebene des Verstärkungselementes 8 bezieht.
Die Höhe bzw.
Breite des Querschnittes des Verstärkungselementes 8 kann
in weiten Grenzen variieren. Erfindungsgemäß bevorzugt können die
Höhe und
Breite des Querschnittes des Verstärkungselementes 8 beispielsweise
0,5 cm bis 10 cm, vorzugsweise 0,5 cm bis 8 cm, bevorzugt 1 cm bis
6 cm, besonders bevorzugt 1 cm bis 5 cm, betragen. Erfindungsgemäß kann der
Querschnitt z. B. quadratisch ausgebildet sein, es ist jedoch gleichermaßen möglich und
erfindungsgemäß bevorzugt,
daß die
Höhe und
die Breite des Querschnittes des Verstärkungselementes 8 unterschiedlich
sind. Hierbei ist es bevorzugt, daß die Höhe des Querschnittes des Verstärkungselementes 8 größer ist
als dessen Breite. Erfindungsgemäß ist es
jedoch auch grundsätzlich
möglich,
daß der
Querschnitt des Verstärkungselementes 8 zumindest
im wesentlichen kreisförmig
bzw. rund ausgebildet ist, beispielsweise nach Art eines kreisförmig geschlossenen
Stahldrahtes.
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Erfindungsgemäß bevorzugt
ist das fakultativ vorgesehene Verstärkungselement 8 mit
dem Drehrohr 1 über
eine Schweißverbindung 9 verschweißt, wie
in 3A bis 3D zu
sehen ist. Hierdurch wird eine dauerhafte Verbindung zwischen Verstärkungselement 8 einerseits
und Drehrohr 1 andererseits gewährleistet. Gemäß einer
erfindungsgemäß bevorzugten
Ausführungsform
verläuft
die Schweißverbindung 9 entlang
einer Kontaktlinie des Verstärkungselementes 8 mit
dem Drehrohr 1 unterbrechungsfrei. Alternativ ist aber
auch eine abschnittsweise bzw. segmentartige Schweißverbindung 9 des
Ver stärkungselementes 8 mit
dem Drehrohr 1 oder eine punktförmige Ausbildung der Schweißverbindung 9 zur
dauerhaften Befestigung des Verstärkungselementes 8 auf
dem Drehrohr 1 möglich.
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Erfindungsgemäß kann es
vorgesehen sein, daß die
Schweißverbindung 9 mindestens
zwei Schweißschichten 9a, 9b aufweist
(nicht dargestellt). Auf diese Weise entsteht somit gewissermaßen eine doppelte
Schweißverbindung 9 mit
Schweißschichten 9a, 9b.
Für die
verschiedenen Schweißschichten 9a, 9b können unterschiedliche
Materialien eingesetzt werden. Für
diesbezügliche
Ausführungen
kann auf die obigen Ausführungen
betreffend die Verschweißung
der Befestigungsabschnitte 5 der Mischelemente 3 mit
dem Drehrohr 1 verwiesen werden.
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Weitere
Verbindungsarten zwischen Verstärkungselement 8 einerseits
und Drehrohr 1 andererseits sind dem Fachmann hinlänglich bekannt:
Hierzu können
beispielsweise Verschrauben, Vernieten und dergleichen angeführt werden.
Erfindungsgemäß ist jedoch
eine solche Verbindung zwischen Verstärkungselement 8 und
Drehrohr 1 bevorzugt, welche die Hülle des Drehrohres 1 nicht
durchstößt.
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Wie
in 3 zu sehen ist, kann das Drehrohr 1 auch
eine Mehrzahl von Verstärkungselementen 8 aufweisen.
Dabei kann die Anzahl an Verstärkungselementen 8 insbesondere
zwei bis zehn, vorzugsweise zwei bis acht, besonders bevorzugt drei
bis sechs, betragen. Dabei ist es erfindungsgemäß bevorzugt, daß die Verstärkungselemente 8 gleichmäßig voneinander
beabstandet bzw. äquidistant
sind. Sofern anwendungsbezogen oder einzelfallbedingt erforderlich,
kann gleichermaßen
eine ungleichmäßige Beabstandung
der Verstärkungselemente 8 vorgesehen sein:
So kann beispielsweise bei besonders beanspruchten Abschnitten des
Drehrohres 1 eine größere Anzahl
von Verstärkungselementen 8 pro
Längeneinheit
des Drehrohres 1 befestigt sein.
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Das
Verstärkungselement 8 kann
aus Metall, vorzugsweise Stahl, bestehen. Erfindungsgemäß bevorzugt
kann das Verstärkungselement 8 aus
demselben Material wie das Drehrohr 1 bestehen. Das Verstärkungselement 8 bzw.
das Drehrohr 1 können besonders
bevorzugt aus hochtemperaturbeständigem
Stahl bestehen. Aufgrund des gleichen Materials weisen das Verstärkungs element 8 sowie
das Drehrohr 1 zumindest im wesentlichen gleiche Ausdehnungskoeffizienten
auf, so daß im
Betriebszustand, d.h. bei sehr hohen Temperaturen, keine zusätzlichen
Materialbeanspruchungen aufgrund eines unterschiedlichen Ausdehnungsverhalten
des Verstärkungselementes 8 einerseits
und des Drehrohres 1 andererseits auftreten. Außerdem wird
hierdurch die Kompatibilität
der Schweißverbindung
verbessert.
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Weiterhin
kann es erfindungsgemäß vorgesehen
sein, daß zur
optimierten Temperaturkontrolle bzw. zur Verbesserung des Abkühlverhaltens
des Drehrohres 1 das fakultativ vorgesehene Verstärkungselement 8 als
Kühlelement
bzw. Kühlkörper ausgebildet
ist. Gemäß dieser
Ausführungsform kann
das Verstärkungselement 8 zusätzlich mit
Kühlrippen
versehen sein, die aufgrund der Oberflächenvergrößerung zu einem besseren Wärmeabgabeverhalten
des Verstärkungselementes 8 und
damit des Drehrohres 1 führen.
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Die
Ausschnittsvergrößerungen
B) bis D) von 3 verdeutlichen weiterhin die
unterschiedlichen Anordnungsmöglichkeiten
des Verstärkungselementes 8 in
bezug auf das Mischelement 3 bzw. dessen Befestigungsabschnitt 5:
So zeigt die Ausschnittsvergrößerung B)
von 3 eine Anordnung, nach welcher sich der Befestigungsabschnitt 5 beidseitig
gewissermaßen
senkrecht zum Verstärkungselement 8 erstreckt
und das Verstärkungselement 8 somit
beispielsweise zumindest im wesentlichen mittig zu dem sich in Richtung
der Dreh- bzw. Längsachse
des Drehrohres 1 erstreckenden Befestigungsabschnitt 5 angeordnet
ist bzw. den Befestigungsabschnitt 5 sozusagen "kreuzt". Um ein flächiges Anliegen
der Innenfläche
des Verstärkungselementes 8 auf
der Außenseite
des Drehrohres 1 zu gewährleisten,
kann gemäß dieser
Ausführungsform
das Verstärkungselement 8 mindestens
eine Aussparung 11 zur Aufnahme des Befestigungsabschnittes 5 aufweisen.
Das erfindungsgemäße Verstärkungselement 8 kann
im Bereich der Aussparung 11 mit dem Befestigungsabschnitt 5,
beispielsweise mittels einer Verschweißung, dauerhaft verbunden sein.
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Gemäß Ausschnittsvergrößerung C)
von 3 ist eine erfindungsgemäße Ausführungsform zu sehen, nach welcher
das Verstärkungselement 8 im
Bereich des Befestigungsabschnittes 5 eine Unterbrechung
bzw. Durchbrechung aufweist. In diesem Fall liegen die Querschnitte
des Verstärkungselementes 8 gewissermaßen stumpf
an der Längsseite des
Befestigungsabschnittes 5 an. Auch bei dieser Ausführungsform
kann eine Verschweißung
der Kontaktflächen
von Verstärkungselement 8 einerseits und
Befestigungsabschnitt 5 andererseits vorgesehen sein.
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Schließlich zeigt
Ausschnittsvergrößerung D)
von 3 eine weitere erfindungsgemäße Anordnung des Verstärkungselementes 8 auf
dem Drehrohr 1, wonach das ringförmig ausgebildete Verstärkungselement 8 mit
seiner Seitenwandung an der kurzen Seite des Befestigungsabschnittes 5 eines Mischelementes 3 anliegt.
Dabei kann es vorgesehen sein, daß das Verstärkungselement 8 im
Bereich der Kontaktstelle mit dem Befestigungsabschnitt 5 verschweißt ist.
Auch gemäß dieser
Ausführungsform
kann gegebenenfalls eine Aussparung des Verstärkungselementes 8 vorgesehen
sein (nicht dargestellt).
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Durch
die gegebenenfalls vorgesehene Befestigung des Verstärkungselementes 8 an
den Befestigungsabschnitten 5 der Mischelemente 3 resultiert
eine zusätzliche
Stabilisierung des Drehrohres 1, da die jeweiligen Elemente – Verstärkungselement 8 einerseits
und Befestigungsabschnitt 5 bzw. Mischelement 3 andererseits – sozusagen
ineinandergreifen und sich somit gewissermaßen zusätzlich stabilisieren. Hierdurch
wird insbesondere auch eine Stabilisierung der mechanisch stark
beanspruchten Mischelemente 3 erreicht, so daß hierdurch
eine zusätzliche
Verlängerung
der Apparaturlebensdauer gewährleistet
wird.
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Wie
in 2A dargestellt, kann das Verstärkungselement 8 auch
mit einer Mehrzahl an Mischelementen 3 bzw. deren Befestigungsabschnitten 5 verbunden
sein: So ist gemäß 2A das Verstärkungselement 8 mit
dem in der Querschnittsfläche oben
und unten liegenden Mischelementen 3 verbunden.
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Des
weiteren weist das erfindungsgemäße Drehrohr 1 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 2 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 nicht dargestellt. Auf diese Weise
wird eine Wartung auch des Innenraums 2 des Drehrohres 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 Adsorbentien,
vorzugsweise 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
vorliegenden Erfindung – ist
die Verwendung eines wie zuvor beschriebenen Drehrohres 1 bzw.
eines dieses Drehrohr 1 enthaltenden Drehrohrofens zur
Herstellung von Adsorbentien, vorzugsweise Aktivkohle. Wie im Einleitungsteil
der vorliegenden Erfindung beschrieben, erfolgt die Herstellung
der Adsorbentien, vorzugsweise 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 erfindungsgemäße Ausbildung
des Übergangsbereiches
und der speziellen Konzeption und Anordnung der Wendebleche wird
eine gute axiale Durchmischung des Beladungsgutes erreicht, was
zu homogenen und leistungsfähigen
Endprodukten, insbesondere in Form von Aktivkohle, führt, da
stets für die
Gesamtheit des Beladungsgutes ein gleichmäßiger Kontakt mit der Umgebungsatmosphäre resultiert,
so daß lokale
Konzentrationsgradienten minimiert werden. Aufgrund der guten axialen
Durchmischung wird eine Enthomogenisierung des Beladungsgutes wirksam
vermieden. Es resultiert zudem eine verkürzte Aktivierungszeit und damit
eine verkürzte
Produktionsdauer, was zu Einsparungen hinsichtlich der Produktionskosten
führt.
Aufgrund der guten Durchmischung des Beladungsgutes können bei
den erfindungsgemäßen Drehrohren
größere Beladungsmengen,
welche mehr als 30 % des Füllvolumens
des Drehrohres betragen können,
ohne Verschlechterung der Ausbeute realisiert werden, da – wie zuvor
geschildert – durch
die gute axiale Durchmischung ein gleichmäßiger Kontakt des Beladungsgutes
mit der Umgebungsatmosphäre
realisiert ist.
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Zudem
wird durch die außenseitige
Verschweißung
der Mischelemente ein leicht zu wartendes, wenig temperaturanfälliges System
bereitgestellt, welches geeignet ist, sowohl des extrem korrosiven
Bedingungen der Carbonisierungsphase als auch den Hochtemperaturbedingungen
der Aktivierungsphase standzuhalten; die außenseitige Verschweißung der
Mischelemente ermöglicht
die Verwendung von Verschweißungsmaterialien,
die für
die Verschweißung
optimal geeignet sind, aber für
eine innenseitige Verschweißung
nicht ohne weiteres Anwendung finden könnten, da sie den korrosiven Hochtemperaturbedingungen
im Inneren des Drehrohrofens während
des Betriebszustand nicht ohne weiteres auf Dauer standhalten würden.
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Die
außenseitige
Anbringung des bzw. der Verstärkungselemente
bewirkt, daß die
mechanische Stabilität
bzw. die Formstabilität
des Drehrohres im Betriebszustand, insbesondere auch unter extremen Bedingungen,
wie sie z. B. bei der Aktivkohleherstellung auftreten, beträchtlich
verbessert wird. Auf diese Weise wird ein Drehrohr geschaffen, welches
mechanischen Deformationen besser widerstehen kann und resistenter
auch gegenüber
starken Druckdifferenzen und Druckschwankungen ist und somit auch unter
Betriebsbedingungen formstabil ist. Das erfindungsgemäße Drehrohr
weist folglich eine verbesserte Lebensdauer mit verringerter Tendenz
zur vorzeitigen Materialermüdung
auf. Auch sind aufgrund dessen die Prozeßführung und Prozeßkontrolle
erleichtert.
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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.