DE102020120741A1 - Process for the production of activated charcoal and the activated charcoal produced therewith - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Aktivkohle, dadurch gekennzeichnet, dass als Ausgangsstoff Holzvergaser-Kohle verwendet wird, welche als Reststoff bei der Pyrolyse und Vergasung von Holz und anderen organischen Brennstoffen bei einem Holzvergasungsprozess anfällt und durch Veredelungsschritte mittels zumindest einer zweiten Vergasungsstufe eine Vergrößerung der spezifischen BET Oberfläche und eine Reduzierung der PAK-Werte erzeugt wird.The invention relates to a method for producing an activated charcoal, characterized in that the starting material used is wood gasification charcoal, which occurs as a residue in the pyrolysis and gasification of wood and other organic fuels in a wood gasification process and is enlarged by refining steps using at least a second gasification stage of the specific BET surface area and a reduction in the PAH values.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Aktivkohle und die damit hergestellte Aktivkohle.The invention relates to a method for producing activated charcoal and the activated charcoal produced therewith.
Aktivkohle ist eine feinkörnige Kohle in Form eines mikrokristallinen, stark gestörten Graphit mit einer großen inneren Oberfläche, durch die diese als Adsorptionsmittel in der Chemie, Medizin, Wasser- und Abwasserbehandlung sowie Lüftungs- und Klimatechnik eingesetzt wird. Sie kommt als Granulat, als Pulver, in Pelletform oder in Tablettenform gepresst (Kohlekompretten) zum Einsatz.Activated carbon is a fine-grained carbon in the form of a microcrystalline, heavily disturbed graphite with a large internal surface area, thanks to which it is used as an adsorbent in chemistry, medicine, water and waste water treatment, and ventilation and air conditioning technology. It is used as granules, as a powder, in pellet form or pressed into tablets (charcoal compacts).
Aktivkohle besteht überwiegend aus Kohlenstoff (meist > 90 %) mit hochporöser Struktur. Die Poren sind wie bei einem Schwamm offenporig untereinander verbunden. Die innere Oberfläche beträgt zwischen 300 und 2000 m2/g Kohle, damit entspricht die innere Oberfläche von vier Gramm Aktivkohle ungefähr der Fläche eines Fußballfeldes. Die Dichte von Aktivkohle liegt im Bereich von 0,2 bis 0,6 g/m3. Die Porengrößenverteilung der Mikroporen (<2 nm), Mesoporen (2 - 50 nm) und Makroporen (>50 nm) bestimmt die Adsorptionseigenschaften.Activated carbon consists mainly of carbon (usually > 90%) with a highly porous structure. Like a sponge, the pores are connected to each other with open pores. The inner surface area is between 300 and 2000 m 2 /g carbon, so the inner surface area of four grams of activated carbon roughly corresponds to the area of a soccer field. The density of activated carbon is in the range of 0.2 to 0.6 g/m 3 . The pore size distribution of the micropores (<2 nm), mesopores (2 - 50 nm) and macropores (>50 nm) determines the adsorption properties.
Makroporen sind Zugangswege für Fluide in das Innere der Kohlen und wesentlich an Diffusions- und Stofftransportvorgängen in tieferliegende Bereiche des Korns beteiligt. Der überwiegende Teil der Adsorption erfolgt an der Oberfläche der Mikroporen. Die Größe dieses Bereichs bestimmt die wirksame Oberfläche und damit die Adsorptionseigenschaften einer Aktivkohle.Macropores are access routes for fluids into the interior of the coals and play a key role in diffusion and mass transport processes into deeper-lying areas of the grain. Most of the adsorption takes place on the surface of the micropores. The size of this area determines the effective surface and thus the adsorption properties of an activated carbon.
Charakterisiert wird die Größe der wirksamen Oberfläche durch die sogenannte BET-Messung, benannt nach den Erfindern Stephen Brunauer, Paul Hugh Emmett und Edward Teller. In diesem Analyseverfahren wird ein Gas (Adsorptiv), häufig flüssiger Stickstoff, über das zu untersuchende Material (Adsorbens) geleitet und aufgrund der Kühlung des flüssigen Stickstoffs wird mit einem Normaldruckgerät unterhalb des Sättigungsdampfdruckes des Messgases die adsorbierte Menge bestimmt (Adsorption). Der Sättigungsdampfdruck des Messgases darf bei dem Analyseverfahren nicht erreicht werden, da sonst eine Kondensation vorliegen würde, die das Messergebnis verfälschen würde. Das anschließende Heizen der Probe löst einen Teil der adsorbierten Gasmenge von der Oberfläche, wodurch eine Adsorptions-Desorptions-Isotherme ermittelt werden kann. Dabei ist die gemessene Menge an adsorbiertem beziehungsweise freiwerdendem Gas proportional zur Oberfläche.The size of the effective surface is characterized by the so-called BET measurement, named after the inventors Stephen Brunauer, Paul Hugh Emmett and Edward Teller. In this analysis method, a gas (adsorptive), often liquid nitrogen, is passed over the material to be examined (adsorbent) and due to the cooling of the liquid nitrogen, the adsorbed quantity is determined using a normal pressure device below the saturation vapor pressure of the measuring gas (adsorption). The saturation vapor pressure of the sample gas must not be reached during the analysis process, otherwise condensation would occur, which would falsify the measurement result. Subsequent heating of the sample releases part of the adsorbed amount of gas from the surface, allowing an adsorption-desorption isotherm to be determined. The measured amount of adsorbed or released gas is proportional to the surface.
Aktivkohle wird aus pflanzlichen, tierischen, mineralischen oder petrochemischen Stoffen gewonnen. Als Ausgangsmaterial dienen beispielsweise Holz, Torf, Nussschalen, Kokosfaser, Braun- oder Steinkohle.Activated carbon is obtained from plant, animal, mineral or petrochemical substances. Wood, peat, nut shells, coconut fibre, lignite or hard coal are used as the starting material.
Bei der Gewinnung der Aktivkohle fallen durch unvollständige Verbrennungsprozesse des Ausgangsmaterials sogenannte Polyzyklische Aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) an, bei denen es sich um feste, meist farblose, lipophile Verbindungen handelt, die krebserregend sind. Dementsprechend ist es von Interesse diese Werte in der Aktivkohle gering zu halten.When the activated carbon is extracted, so-called polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are produced as a result of the incomplete combustion processes of the starting material. These are solid, mostly colorless, lipophilic compounds that are carcinogenic. Accordingly, it is of interest to keep these values low in the activated carbon.
Für die Herstellung und Aktivierung von Aktivkohle sind drei Verfahren anwendbar. Die chemische Aktivierung durch Säure, einer starken Base oder einem Salz. Die physikalische Aktivierung durch Erhitzung des Materials zu hohen Temperaturen in einer oxidierenden oder teilweise oxidierenden Umgebung, wobei es sich dabei um Dampf oder Kohlenstoffdioxid in einem beheizten Drehrohrofen oder Wirbelschichtreaktor handelt. Oder eine Verfahrensmethode die eine Kombination aus den ersten beiden darstellt.Three methods can be used for the production and activation of activated carbon. Chemical activation by acid, a strong base, or a salt. The physical activation by heating the material to high temperatures in an oxidizing or partially oxidizing environment, which is steam or carbon dioxide, in a heated rotary kiln or fluidized bed reactor. Or a process method that is a combination of the first two.
Aus der
Aus der
In der
Bekannte Herstellungsverfahren haben den Nachteil, dass das Ausgangsmaterial aus Kokosnussschalen besteht, die meist aus den Philippinen zum Produktionsort transportiert werden und somit die Herstellung von Aktivkohle einen großen CO2-Fußabdruck erzeugt.Known manufacturing processes have the disadvantage that the starting material consists of coconut shells, which are usually transported to the production site from the Philippines and thus the production of activated carbon creates a large CO 2 footprint.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von Aktivkohle bereit zu stellen, dessen Ausgangsmaterialen lokal verfügbar sind und aus einem Reststoff erzeugt werden.The object of the invention is to provide a method for producing activated carbon, the starting materials of which are available locally and are produced from a residue.
Die Aufgabe wird mit dem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.The object is achieved with the method having the features of
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den hiervon abhängigen Unteransprüchen gekennzeichnet.Advantageous developments are characterized in the subclaims dependent thereon.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine entsprechende Aktivkohle herzustellen, die effektiver und nachhaltiger erzeugt ist und eine vergrößerte BET-Oberfläche und niedrige PAK Werte aufweist.Another object of the invention is to produce a corresponding activated carbon that is produced more effectively and sustainably and has an increased BET surface area and low PAH values.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst.The object is achieved with the features of
Die Erfinder haben erkannt, dass ein Reststoff des Holzvergasungsprozesses und zwar die Restkohle, die normalerweise am Ende des Prozesses mit Wasser zur Staubvermeidung vermengt und in Big Bags abgefüllt wird, als ein Ausgangsmaterial für die Produktion von Aktivkohle genutzt werden kann und somit dieser Reststoff einer Aufwertung zugeführt werden kann.The inventors have recognized that a residual material from the wood gasification process, namely the residual carbon, which is normally mixed with water at the end of the process to avoid dust and filled into big bags, can be used as a starting material for the production of activated carbon and thus this residual material can be upgraded can be supplied.
Statt für die Briketterzeugung wird die Holvergaser-Kohle durch einen Veredelungsprozess zu Aktivkohle verfeinert. Somit werden zwei schon bekannte Prozesse wie der Holzvergasungsprozess und die Aktivierung von Aktivkohle genutzt und ein erfindungsgemäßer Zwischenschritt eingeführt.Instead of being used to produce briquettes, the Holvergaser charcoal is refined into activated charcoal through a refining process. Thus, two processes that are already known, such as the wood gasification process and the activation of activated carbon, are used and an intermediate step according to the invention is introduced.
Die Holzvergaser-Kohle wird bei diesem Zwischenschritt nicht mit Wasser vermengt und abgefüllt, sondern die Restwärme der Kohle wird in einem Rohmantelwärmetauscher abgeführt. Zusätzlich wird diese Restwärme zumindest teilweise genutzt um die Aktivierungsmittel und die Reaktoren vorzuwärmen und gewährleistet somit eine thermische Rückkopplung. Dieser Zwischenschritt macht ein neues Ausgangsmaterial für die Herstellung von Aktivkohle zugänglich, welches lokal vorliegt und nicht mit hohen Transportkosten belastet ist.In this intermediate step, the wood gasifier coal is not mixed with water and filled, but the residual heat of the coal is dissipated in a raw shell heat exchanger. In addition, this residual heat is at least partially used to preheat the activation means and the reactors, thus ensuring thermal feedback. This intermediate step makes available a new starting material for the production of activated carbon, which is available locally and is not burdened with high transport costs.
Die Kokosnussschalen, die üblicherweise für die großindustrielle Erzeugung von Aktivkohle verwendet werden, werden aus südlichen Ländern, häufig aus den Philippen, zum Produktionsort angeliefert, was zu weiten Transportwegen und einer hohen CO2 Belastung führt. Der Erfinder hat erkannt, dass der lokal vorliegende Reststoff aus der Holzvergasung dann geeignet ist, wenn er einer Modifikation unterworfen wird. Da in der heutigen Zeit auf nachhaltige Produkte Wert gelegt wird, die in der Produktion eine geringere Umweltbelastung aufweisen, hat der Erfinder neben der technisch hervorragenden Eignung des modifizierten Reststoffes einen zusätzlichen Nutzen geschaffen. Somit legt das Ausgangsmaterial dieser Erfindung keine enorme Transportdistanz zurück, stattdessen wird durch einen Kohleveredelungsprozess das Restprodukt einer Holzvergasungsanlage wiederverwertet.The coconut shells, which are usually used for the large-scale industrial production of activated carbon, are delivered to the production site from southern countries, often from the Philippines, which leads to long transport routes and a high CO 2 load. The inventor has recognized that the locally present residue from the wood gasification is suitable if it is subjected to a modification. Since today value is placed on sustainable products that have a lower environmental impact during production, the inventor has created an additional benefit in addition to the technically outstanding suitability of the modified residue. Thus, the starting material of this invention does not cover enormous transport distances, instead the residual product of a wood gasification plant is recycled through a coal upgrading process.
Zusätzlich sieht die Erfindung vor, in einigen Prozessschritten das Abwasser aufzubereiten und dem Prozess erneut zuzuführen, was zusätzlich zu einer Entlastung der Umwelt führt.In addition, the invention envisages treating the waste water in some process steps and feeding it back into the process, which also leads to a reduction in the burden on the environment.
Dafür sieht die Erfindung vor, organisches Pflanzenmaterial wie Hackgut, Strauchgut, Waldrestholz und Altholz in einem Holzvergasungsprozess umzuwandeln und die Restwärme der entstandenen Kohle in einem Rohmantelwärmetauscher abzuführen und dadurch für die weitere Veredelung zu Aktivkohle zu modifizieren.The invention provides for converting organic plant material such as wood chips, shrubbery, forest residues and waste wood in a wood gasification process and dissipating the residual heat of the resulting coal in a raw shell heat exchanger and thereby modifying it for further processing into activated carbon.
Die Erfindung betrifft somit insbesondere ein Verfahren zum Herstellen einer Aktivkohle, dadurch gekennzeichnet, dass als Ausgangsstoff Holzvergaser-Kohle verwendet wird, welche als Reststoff bei der Pyrolyse und Vergasung von Holz und anderen organischen Brennstoffen bei einem Holzvergasungsprozess anfällt und durch Veredelungsschritte mittels einer zweiten Vergasungsstufe eine Vergrößerung der spezifischen BET Oberfläche und eine Reduzierung der PAK-Werte erzeugt wird.The invention thus relates in particular to a method for producing an activated charcoal, characterized in that the starting material used is wood gasification charcoal, which occurs as a residue in the pyrolysis and gasification of wood and other organic fuels in a wood gasification process and through refining steps using a second gasification stage Enlargement of the specific BET surface and a reduction of the PAH values is generated.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass die Holzvergaser-Kohle am Ende des Holvergasungsprozesses durch einen Gasfilter aus dem Rohgasstrom gefiltert und über ein Schleusensystem, das gleichzeitig einen Übergangsbehälter darstellt, abgekühlt wird und mit einem inerten Fluid, insbesondere einem inerten Gas wie Stickstoff inertisiert wird.A further advantageous embodiment provides that the wood gasification coal is filtered out of the raw gas flow by a gas filter at the end of the wood gasification process and is cooled via a lock system, which at the same time represents a transition container, and is rendered inert with an inert fluid, in particular an inert gas such as nitrogen .
Bei einer wiederum vorteilhaften Ausführungsform wird die Holzvergaser-Kohle zu Beginn des Veredelungsprozesses als Zwischenschritt zur Kohleaktivierung durch eine weitere Schleuse geführt, die gleichzeitig einen Rohmantelwärmetauscher darstellt, in dem die vorhandene Restwärme abgeführt wird, statt die Holzvergaser-Kohle mit Wasser zu vermengen und abzufüllen.In another advantageous embodiment, the wood gasifier charcoal is fed through another lock at the beginning of the refining process as an intermediate step to activate the charcoal, which at the same time represents a raw shell heat exchanger in which the residual heat present is dissipated instead of mixing the wood gasifier charcoal with water and filling it.
Vorteilhafterweise wird die im Rohmantelwärmetauscher gewonnene Abwärme nachfolgenden oder vorherigen Prozessschritten des Verfahrens zugeführt, insbesondere zum Vorheizen der Aktivierungsmittel und der Reaktoren.The waste heat obtained in the raw shell heat exchanger is advantageously fed to subsequent or previous process steps of the method, in particular for preheating the activating means and the reactors.
Vorteilhafterweise wird in einem Vorlagespeicher ein gewisser Kohlevorrat angelegt, der kontinuierlich durch den Veredelungsprozess geführt wird und durch das Fluid, wie Stickstoff inertisiert werden kann.Advantageously, a certain reserve of coal is created in a reservoir, which is continuously fed through the refining process and can be rendered inert by the fluid, such as nitrogen.
Bei einer weiteren Ausführungsform werden vorzugweise eine maximale Partikelgröße von 3 mm mittels einer Sieb- oder Sichteranlage durch Abtrennung des Oberbandes, veredelt oder auch unterschiedliche Fraktionen klassiert. Übergrößen können mittels einer Mühlanlage auf die erforderlichen Partikelgrößen zerkleinert werden.In a further embodiment, a maximum particle size of 3 mm is preferably refined by means of a screening or classifying system by separating the upper belt, or else different fractions are classified. Oversizes can be crushed to the required particle sizes using a milling plant.
Es ist ebenfalls vorteilhaft, wenn eine chemische Aktivierung der Kohle in einem Bauteil mittels Ultraschall oder Vakuum durch ein Imprägniermittel erfolgt, wobei es sich bei dem Imprägniermittel um Phosphorsäure, Kaliumhydroxid, Kaliumcarbonat oder Zinkchlorid handelt.It is also advantageous if the carbon in a component is chemically activated by means of ultrasound or vacuum using an impregnating agent, the impregnating agent being phosphoric acid, potassium hydroxide, potassium carbonate or zinc chloride.
Eine wiederum vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass durch eine abgemessene Mischung an Imprägniermittel und entionisiertem Wasser eine genaue Einstellung der Imprägnierrate ermöglicht wird und nach einer gewissen Behandlungsdauer die behandelte Kohle durch einen Filter abgefiltert und im Trockner getrocknet wird, wobei das Abwasser entweder im Aufbereitungssystem aufbereitet und dem Prozess erneut zugeführt wird oder in das Abwassersystem geleitet wird.Another advantageous embodiment provides that a measured mixture of impregnating agent and deionized water enables the impregnation rate to be set precisely and, after a certain treatment period, the treated coal is filtered off through a filter and dried in the dryer, with the waste water being processed either in the treatment system and returned to the process or discharged into the sewage system.
Vorteilhafterweise kann je nach Art der Aktivierung die Kohle entweder vorbehandelt oder direkt in den Vergasungsreaktor gegeben werden. Das Aktivierungsmittel wird ebenfalls in den Reaktor gegeben und mittels dem Wärmetauscher vorgewärmt.Depending on the type of activation, the coal can advantageously either be pretreated or fed directly into the gasification reactor. The activating agent is also added to the reactor and preheated by means of the heat exchanger.
Zudem ist es vorteilhaft, wenn es sich bei dem Aktivierungsmittel um N2/H2O(g), CO2 oder CO2/H2O(g) handelt.In addition, it is advantageous if the activating agent is N 2 /H 2 O(g), CO 2 or CO 2 /H 2 O(g).
Vorteilhafterweise ist dem Aktivierungsprozess eine Abgasnachbehandlung nachgeschaltet, die einen Filter, Katalysator oder eine Nachverbrennung darstellt und bei der in der Abgaskondensation, der im Abgas enthaltene Dampfteil abgetrennt wird.Advantageously, the activation process is followed by exhaust gas aftertreatment, which represents a filter, catalytic converter or post-combustion and in which the steam part contained in the exhaust gas is separated in the exhaust gas condensation.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass die Kohle durch einen Rohrmantelwärmetauscher geschleust wird um die Restwärme nach der Aktivierung abzuführen und um das Produkt unter die Selbstentzündungstemperatur abzukühlen. Vorteilhafterweise wird die im Rohmantelwärmetauscher gewonnene Abwärme nachfolgenden oder vorherigen Prozessschritten des Verfahrens zugeführt, insbesondere zum Vorheizen der Aktivierungsmittel und der Reaktoren. Wobei die Kohle daraufhin in einem Übergabebehälter gelagert wird und in Abhängigkeit des Füllstands dieses Übergabebehälters periodisch ausgeschleust wird und der Behälter mit Stickstoff geflutet wird um im Störfall Selbstentzündung zu vermeiden.A further advantageous embodiment provides that the coal is passed through a tube-shell heat exchanger in order to dissipate the residual heat after activation and to cool the product below the self-ignition temperature. The waste heat obtained in the raw shell heat exchanger is advantageously fed to subsequent or previous process steps of the method, in particular for preheating the activating means and the reactors. The coal is then stored in a transfer container and, depending on the filling level of this transfer container, is periodically discharged and the container is flooded with nitrogen to avoid self-ignition in the event of a malfunction.
Eine wiederum vorteilhafte Ausführungsform bei chemischer Aktivierung sieht vor, dass die Chemikalien nach dem eigentlichen Aktivierungsprozess im Wäscher mit Wasser ausgewaschen werden, das Wasser im Filter abgetrennt wird und die Restfeuchte aus der Kohle im nachgeschaltenen Trockner beziehungsweise in einer entsprechenden Trocknungszone im eigentlichen Aktivierungsreaktor entfernt wird.Another advantageous embodiment with chemical activation provides that the chemicals are washed out with water after the actual activation process in the washer, the water is separated in the filter and the residual moisture is removed from the coal in the downstream dryer or in a corresponding drying zone in the actual activation reactor.
Vorteilhafterweise wird eine physikalisch aktivierte Kohle direkt ausgebracht. Sowohl die chemisch aktivierte als auch die physikalisch aktivierte Kohle werden durch eine Siebanlage geschleust um das Granulat auszusortieren oder werden optional im Mischer mit Wasser zu Pulver vermengt oder in der Pelletierung zu Pellets verarbeitet.Advantageously, a physically activated charcoal is applied directly. Both the chemically activated and the physically activated charcoal are passed through a screening plant to sort out the granules or are optionally mixed with water to form a powder in the mixer or processed into pellets in the pelletizing process.
Die Erfindung betrifft ferner eine Aktivkohle, die durch das oben genannte Verfahren aus Holzvergaserkohle hergestellt wird.The invention also relates to an activated charcoal which is produced from wood gasification charcoal by the above-mentioned method.
Die Erfindung wird beispielhaft anhand einer Zeichnung erläutert. Es zeigen dabei:
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1 : Stand der Technik und erfindungsgemäßer Verfahrensweg
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1 : State of the art and process route according to the invention
In einem Gasfilter 1 wird die Kohle aus dem Rohgas abgefiltert. Das Produktgas wird daraufhin zu einem Gaswäscher transportiert und die im Vergasungsprozess übriggebliebene Kohle wird in einer Schleuse bzw. Übergabebehälter 2 mit Stickstoff inertisiert und teilweise abgekühlt. Die Kohle weist ab Verlassen des Filters eine spezifische BET-Oberfläche zwischen 200 und 300 m2/g auf.In a
Üblicherweise folgt im bekannten Stand der Technik eine Vermengung der Kohle mit Wasser in einem nachgeschalteten Mischer 28. Das nasse Kohlepulver wird daraufhin in Big Bags 29 abgefüllt und der Verwendung als Dünger /Bodenaufbereitung zugeführt.In the known state of the art, the coal is usually mixed with water in a
In Sektion 2 wird der Verfahrensweg gemäß der Erfindung aufgeführt, in dem die aus den Brennstoffen übriggebliebene Kohle vorzugsweise eine weitere Schleuse durchläuft. In dieser Schleuse ist ein Rohmantelwärmetauscher 3 integriert, durch den die vorhandene Restwärme der Holzvergaser-Kohle abgeführt wird.In
Die Absperrung 23 vor dem Rohmantelwärmetauscher 3 und die Absperrung 24 nach dem Rohmantelwärmetauscher 3 dienen als sicherheitstechnische Aspekte und ermöglichen eine Abtrennung zwischen dem Vergasungs- sowie Veredelungsprozess. Mittels eines Inertgases, wie z.B. Stickstoff kann dieser Bereich geflutet werden, um einerseits Brandentwicklung zu vermeiden und andererseits ein flüssiges Wärmeträgermedium zum Abführen und weiterleiten der Wärmeenergie zur Verfügung zu stellen. Dieser nun modifizierte Reststoff wird nun einem Kohleveredelungsprozess zugeführt.The
Im Vorlagespeicher 4 wird ein gewisser Kohlevorrat angelegt und dieser wird kontinuierlich durch den Veredelungsprozess geführt. Auch hier ist es möglich, den Anlagenabschnitt mit einem Inertgas, wie z.B. Stickstoff zu inertisieren.A certain supply of coal is created in
Die anfallende Kohle liegt pulverförmig vor mit einem bestehenden Kornband und einer bestehenden Korngrößenverteilung. Es hat sich herausgestellt, dass vorzugsweise mit einer maximalen Partikelgröße von 3 mm in die Veredelungsstufe gegangen werden sollte. Um dies sicher zu stellen, kann mittels einer Sieb- oder Sichteranlage 5 das Oberband abgetrennt werden oder auch unterschiedliche Fraktionen klassiert werden. Um eine vollumfängliche Verarbeitung des Aufgabegutes zu ermöglichen, können Übergrößen mit einer Mahlanlage 6 auf die erforderlichen Partikelgrößen zerkleinert werden. Hierzu können übliche Mahlanlagen wie z.B. Kugelmühlen, Prallmühlen oder dergleichen eingesetzt werden. Wenn keine Korngrößenklassierung notwendig ist, kann der Kohlestrom direkt weiterbefördert werden.The resulting coal is in powder form with an existing particle size range and an existing particle size distribution. It has been found that a maximum particle size of 3 mm should preferably be used in the refining stage. In order to ensure this, the upper band can be separated by means of a screening or
Im weiterführenden Abschnitt ist alternativ eine Aufbereitung für eine chemische Aktivierung möglich. Die Holzvergaser-Kohle wird im Bauteil 7 chemisch durch Ultraschall oder Vakuum imprägniert (Zum Bsp. mit Phosphorsäure, Kaliumhydroxid, Kaliumcarbonat, Zinkchlorid). Eine abgemessene Zuführung von Imprägniermittel und entionisiertem Wasser ermöglichen eine genaue Einstellung der Imprägnierrate. Nach einer gewissen Behandlungsdauer wird die behandelte Kohle durch einen Filter 8 abgefiltert und in einem separaten Trockner 9 oder direkt in einer Trocknungszone im Aktivierungsreaktor 12 getrocknet. Das Abwasser wird entweder in einem Aufbereitungssystem 10 aufbereitet und dem Prozess erneut zugeführt oder in das Abwassersystem geleitet.Alternatively, preparation for chemical activation is possible in the further section. The wood gasifier carbon is chemically impregnated in
Je nach Art der Aktivierung wird die Kohle entweder vorbehandelt oder direkt in den Vergasungsreaktor 12 (Bsp. Drehrohrofen, Wirbelschicht-, Festbett- Pulsationsreaktor) eingeschleust. Die Zugabe des Aktivierungsmittels erfolgt ebenfalls im Reaktor (Bsp. N2H2O(g), CO2, CO2/H2O(g)), welches mittels Wärmetauscher 11 vorgewärmt wird. In Abhängigkeit unterschiedlicher Prozessparameter können somit Aktivkohlen mit unterschiedlichsten BET Oberflächen und Porengrößen hergestellt werden. Zudem erfolgt durch die zweite Vergasungsstufe (Aktivierung) eine Reduzierung der PAK Werte, wodurch es möglich wird, die produzierte Aktivkohle auch im Lebens- und Futtermittelbereich einzusetzen. Um im Reaktor einen unkontrollierten Abbrand zu vermeiden bzw. eine Sicherheitstechnik zu gewährleisten, kann eine Zufuhr von Stickstoff zur vollständigen Inertisierung erfolgen. Die Ausbringung der Aktivkohle erfolgt über ein mit Stickstoff inertisiertes Schleusensystem (Absperrung 25 vor dem Rohmantelwärmetauscher 13 und die Absperrung 26), wobei hier mittels eines Rohmantelwärmetauschers 13 Restwärme abgeführt wird, um Selbstentzündungen zu vermeiden. In Abhängigkeit des Füllstandes im Übergabebehälter 14 wird das Produkt periodisch durch öffnen der Absperrung 27 ausgeschleust.Depending on the type of activation, the coal is either pretreated or introduced directly into the gasification reactor 12 (e.g. rotary kiln, fluidized bed, fixed bed pulsation reactor). The activating agent is also added in the reactor (e.g. N 2 H 2 O ( g ), CO 2 , CO 2 / H 2 O (g) ), which is preheated by means of a
Bei einer chemischen Aktivierungsmethode kann das Produkt entsprechend aufbereitet werden, indem die Chemikalien aus der Kohle im Wäscher 15 mit Wasser ausgewaschen werden. Im Filter 16 wird das Waschwasser abgetrennt, verbleibende Restfeuchte wird in der Kohle durch einen nachgeschalteten Trockner 17 entfernt. Physikalisch aktivierte Kohle wird direkt ausgebracht. Eine nachfolgende Siebanlage 18 ermöglicht eine Auftrennung in unterschiedliche Produkte. So können mit dieser Siebanlage 18 Aktivkohlen in Granulat und Pulverform hergestellt werden. Zur Staubminderung und Erleichterung des Handlings, wird das Kohlepulver optional in einem Mischer 19 mit Wasser vermischt. In einer Pelletierung 20 werden aus dem pulverförmigen Kohlestaub Aktivkohlepellets hergestellt.With a chemical activation method, the product can be suitably upgraded by washing the chemicals from the carbon in the
Aufgrund des Umstandes, dass im Aktivierungsprozess flüchtige Bestandteile aus der Kohle entweichen, Staub mitausgetragen werden kann, sowie gewisse gasbildende Reaktionen ablaufen, ist eine Abgasnachbehandlung 21 erforderlich (Bsp. Filter, Katalysator, Nachverbrennung). Der im Abgas enthaltene Dampfanteil wird in der nachgeschalteten Abgaskondensation 22 abgetrennt. Die daraus gewonnene Abwärme sowie jene aus dem Rohmantelwärmetauscher 3 und Rohmantelwärmetauscher 13 wird dazu verwendet, das Aktivierungsmittel sowie den Reaktor teilweise vorzuwärmen.Due to the fact that volatile components escape from the coal during the activation process, dust can also be discharged and certain gas-forming reactions take place,
Bei der Erfindung ist von Vorteil, dass das Verfahren umweltfreundlicher im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren ist. Für die Herstellung der Aktivkohle werden keine Kokosnussschalen als Ausgangsmaterial verwendet, die aus südlichen Ländern wie den Philippen angeliefert werden müssen, was zu einer Verringerung des CO2 Abdrucks dieser Aktivkohle führt. Zudem wird ein Restprodukt, das üblicherweise nur in geringer Wertigkeit weiter verwendet wird, zum wertvollen und vielseitig einsetzbaren Rohstoff aufgewertet. The advantage of the invention is that the method is more environmentally friendly than conventional methods. No coconut shells are used as raw material for the production of the activated charcoal, which have to be delivered from southern countries such as the Philippines, which leads to a reduction of the carbon footprint of this activated charcoal. In addition, a residual product, which is usually only used with a low value, is upgraded to a valuable and versatile raw material.
Ferner wird der Prozess vorzugsweise so im Verbund betrieben, dass eine verbesserte Energieeffizienz des Gesamtprozesses erzielt wird, da insbesondere sämtliche Abwärmen für die Energie benötigenden Prozesse im Verfahren verwendbar sind. Außerdem sieht die Erfindung vor in einigen Prozessschritten das Abwasser aufzubereiten und dem Prozess erneut zuzuführen, was zusätzlich zu einer Entlastung der Umwelt führt.Furthermore, the process is preferably operated in a network in such a way that improved energy efficiency of the overall process is achieved, since in particular all waste heat can be used for the energy-requiring processes in the method. In addition, the invention provides for treating the waste water in some process steps and feeding it back into the process, which also leads to a relief of the environment.
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Gasfiltergas filter
- 22
- Übergangsbehältertransition tank
- 33
- Rohmantelwärmetauscherraw shell heat exchanger
- 44
- Vorlagespeichertemplate store
- 55
- Siebanlagescreening plant
- 66
- Mühlanlagemill plant
- 77
- Bauteilcomponent
- 88th
- Filterfilter
- 99
- Trocknerdryer
- 1010
- Aufbereitungssystemtreatment system
- 1111
- Wärmetauscherheat exchanger
- 1212
- Vergasungsreaktorgasification reactor
- 1313
- Rohrmantelwärmetauschertubular shell heat exchanger
- 1414
- Übergabebehältertransfer container
- 1515
- Wäscherwasher
- 1616
- Filterfilter
- 1717
- Trocknerdryer
- 1818
- Siebanlagescreening plant
- 1919
- Mischermixer
- 2020
- Pelletierungpelleting
- 2121
- Abgasnachbehandlungexhaust aftertreatment
- 2222
- Abgaskondensationexhaust condensation
- 2323
-
Absperrung vor dem Rohmantelwärmetauscher 3Shut-off in front of the raw
shell heat exchanger 3 - 2424
-
Absperrung nach dem Rohmantelwärmetauscher 3Shut-off after the raw
shell heat exchanger 3 - 2525
-
Absperrung vor dem Rohmantelwärmetauscher 13Shut-off in front of the raw
shell heat exchanger 13 - 2626
-
Absperrung nach dem Rohmantelwärmetauscher 13Shut-off after the raw
shell heat exchanger 13 - 2727
- Absperrung nach dem ÜbergabebehälterBarrier after the transfer container
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
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