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Verfahren zur Herstellung von Aktivkohle Es ist bekannt, zur Herstellung
von Aktivkohle feste kohlenstoffhaltige Stoffe, insbesondere Brennstoffe, bei hohen
Temperaturen mit aktivierend wirkenden Gasen und bzw. oder Dämpfen zu behandeln.
Als gas- und dampfförmige Aktivierungsmittel werden im allgemeinen Wasserdampf,
Verbrennungsgase, Kohlensäure, Luft oder andere sauerstoffhaltige Gase für sich
oder in Mischung untereinander verwendet. Die Aktivierung wird üblicherweise bei
Temperaturen zwischen 600 und 1000° C, insbesondere zwischen 700 und 900° C, durchgeführt.
Hierbei wendet man vorteilhaft das bekannte sogenannte Wirbelschichtverfahren an.
Es ist auch bekannt, die Aktivierung in zwei Stufen vorzunehmen, wobei man die Aktivierung
in der ersten Stufe mit freien Sauerstoff enthaltenden Gasen durchführt und in der
zweiten Stufe mit freien Sauerstoff nicht enthaltenden Gasen weiteraktiviert. Dabei
kann die Temperatur in der zweiten Stufe etwa gleich hoch oder höher als in der
ersten Stufe sein.
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Es wurde nun gefunden, d.aß sich die Herstellung von Aktivkohle aus
festen kohlenstoffhaltigen Stoffen, insbesondere aus Brennstoffen, durch Behandlung
in zwei Stufen mit Aktivierungsgasen, die freien Sauerstoff enthalten können, bei
Temperaturen zwischen 600 und 1000° C nach dem Wirbelsahichtverfahren, wobei man
das zu aktivierende Gut in der ersten Stufe mit freien Sauerstoff enthaltenden Aktivierungsgasen
voraktiviert und in der zweiten Stufe mit freien Sauerstoff nicht enthaltenden Aktivierungsgasen
weiteraktiviert, wobei ferner die Verweilzeit in der zweiten Stufe kürzer als in
der ersten Stufe ist, besonders vorteilhaft durchführen läßt, wenn man den Gehalt
an freiem Sauerstoff in den Aktivierungsgasen im Verlauf der ersten Behandlungsstufe
von anfangs 0 bis 5 auf 6 bis 25 Volumprozent, vorzugsweise von etwa 2 auf etwa
16 Volumprozent, ansteigen läßt.
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Die Vorteile des neuen Verfahrens bestehen im wesentlichen in einer
Verkürzung der Aktivierungszeit, Erhöhung der Ausbeute an Aktivkohle, Gewinnung
eines höheren Anteils an Grobkorn. Außerdem hat das in der ersten Verfahrensstufe
erhaltene Abgas einen höheren Heizwert und kann vorteilhaft in das Aktivierungsverfahren
zurückgeführt werden.
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Das Verfahren wird in der für WirbeIschichtverfahren üblichen Weise
durchgeführt. Man kann die beiden Verfahrensstufen räumlich trennen, vorteilhaft
wird das Verfahren jedoch in einem Reaktionsraum durchgeführt, der in Zonen unterteilt
ist, z. B. in zwei übereinanderliegende Wirbelschichten, wobei man die Aktivierung
mit freien Sauerstoff enthaltenden Gasen in der oberen Wirbelschicht vornimmt, dann
den zu aktivierenden Stoff durch ein überlaufrohr in die untere Wirbelschicht bringt
und dort mit Aktivierungsgasen zu Ende aktiviert, die keinen freien Sauerstoff enthalten.
Dieser Aktivierung kann sich noch eine Nachaktivierung, z. B. mit Wasserdampf oder
Kohlensäure, anschließen.
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Nach dem Verfahren der Erfindung wird der Sauerstoffgehalt der Aktivierungsgase
in der ersten Zone im Laufe des Verfahrens von anfangs 0 bis 5 auf 6 bis 25 Volumprozent,
vorzugsweise von anfangs 1 bis 3 Volumprozent auf 10 bis 20 Volumprozent, insbesondere
von anfangs etwa 2 auf etwa 16 Volumprozent, gesteigert. So aktiviert man beispielsweise
zunächst mit nur 21/o Sauerstoff enthaltenden Gasen, nach einigen Minuten steigert
man den Sauerstoffgehalt auf 6 oder 8 0,'o, dann auf 12 bis 16 %, eventuell abschließend
bis auf 251/o.
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Die Zuführung des Sauerstoffs und bzw. oder der sauerstoffhaltigen
Gase kann unterhalb und bzw. oder in der Höhe der Wirbelschicht erfolgen. Man kann
auch einen Teil oberhalb der Wirbelschicht einführen. Es ist vorteilhaft, den Sauerstoff
an mehreren Stellen in verschiedenen Höhen einzuführen.
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Wenn man in der erfindungsgemäßen Weise verfährt, kann man die Verweilzeit
in der zweiten Zone, wo mit freien Sauerstoff nicht enthaltenden Gasen oder Dämpfen
aktiviert wird, wesentlich herabsetzen, z. B. auf ein Viertel oder ein Zehntel der
Verweilzeit in der ersten Stufe.
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Die übrigen Verfahrensbedingungen entsprechen den üblichen. So wird
zweckmäßig das aus der ersten Zone durch Behandlung mit freien Sauerstoff enthaltenden
Gasen und Dämpfen gewonnene heiße, nunmehr sauerstofffreie Gas als Aktivierungsgas
der zweiten Zone zugeleitet, vorteilhaft unter Zusatz von überhitztem Wasserdampf,
Kohlensäure oder Verbrennungsgasen. Der ersten Zone können noch eine
oder
mehrere Zonen vorgeschaltet sein, in denen der kohlenstoffhaltige Ausgangsstoff
durch die heißen Abgase der ersten Aktivierungszone vorerhitzt, getrocknet und gegebenenfalls
entgast wird. Die Führung der Aktivieruingsmittel erfolgt am besten im Kreislauf
durch beide Zonen unter zusätzlicher Zuführung von freiem Sauerstoff und bzw. oder
Luft sowie Wasserdampf und bzw. oder Kohlensäure vor oder in der ersten Aktivierungszone
und unter Zuführung von zusätzlichem Wasserdampf und bzw. oder Kohlensäure und Wärme
in die zweite Aktivierungszone.
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Als Ausgangsstoff werden am besten Brennstoffe verwendet und deren
Verkokungsprodukte, z. B. Holz, Torf, Braunkohle bzw. Holzkohle, Torfkohle, Braunkohlenschwelkoks
oder andere körnige, aber kleinstückige kohlenstoffhaltilge Stoffe, wie z. B. Lignin,
Pflanzenteile od. dgl.
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Die Temperaturen sollen sich zweckmäßig in der ersten Zone zwischen
650 und 1000° C, in der zweiten Zone zwischen 600 und 1000° C bewegen.
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Beim Arbeiten mit übereinander angeordneten Aktivierungszonen wird
der aus der obersten Wirbelschicht von den Gasen und Dämpfen mitgenommene Staub
zweckmäßig durch einen irn Aktivierungsofen selbst angebrachten Zyklon abgeschieden
und in die Wirbelschicht zurückgeführt. Auf diese Weise gelingt es auch, den feineren
Staub weitgehend zu aktivieren.
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Durch entsprechende Einstellung der Menge der Aktivieruugsmittel und
der Temperaturen in den beiden Aktivierungszonen kann so gearbeitet werden, daß
das im überschuß entstehende Aktivierungsgas in der Zusammensetzung ein wertvolles
Synthesegas darstellt, das gegebenenfalls lediglich noch einer Reinigung bedarf.
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Den zu aktivierenden kohlenstoffhaltigen Stoffen können vor oder während
der Aktivierung die Aktivierung fördernde Stoffe, z. B. Verbindungen von Eisen,
Mangan, Aluminium, Erdalkalimetallen und Alkalimetallen, zugesetzt werden. Die erhaltene
Aktivkohle ist vorzüglich für katalytische Zwecke, insbesondere auch als Träger
für Katalysatoren, geeignet.
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Das Verfahren kann auch bei der Regenerierung gebrauchter Aktivkohlen
angewandt werden. Beispiel In einem Schachtofen wird Braunkohlenschwelkoks in einer
Korngröße von 1 bis 7 mm bei Rotglut nach dem Wirbelschiehtverfahren mit einem Gemisch
heißer Verbrennungsgase und Wasserdampf aktiviert. In der ersten Stufe wird durch
Zugabe von Sauerstoff innerhalb der ersten 10 Minuten der Gehalt an freiem Sauerstoff
in den Verbrennungsgasen von anfangs 2 Volumprozent auf 6 Volumprozent und dann
innerhalb von 22 Minuten auf 15 Volumprozent erhöht, wobei eine Temperatur in der
Wirbelschicht von 880° C erreicht wird. Nun wird die Aktivierung mit Verbrennungsgasen,
die keinen freien Sauerstoff enthalten, 8 Minuten lang zu Ende geführt. In der zweitem
Stufe erhöht sich die Temperatur in der Wirbelschicht praktisch nicht mehr.
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Man erhält Aktivkohle mit der Methylenblauzahl 11. Die Vorteile des
neuen Verfahrens sind aus nachstehender Tabelle ersichtlich, bei der das Verfahren
mit Steigerung des Sauerstoffs in der ersten Stufe mit dem bekannten Verfahren verglichen
wird, bei dem der Sauerstoffgehalt in der ersten Zone konstant bei 2 % Sauerstoff
gehalten wird.
| 02-Gehalt: Verbrennungsgas |
| (Aktiviergas) |
| 2 bis 15 0/0 1 2% |
| Aktivierzeit . . . ....... 40 Min. 65 Min. |
| AusbeuteAktivkohle .. 35°/o 32% |
| Kornanteil 0 bis 2,5 mm 46% 52% |
| Heizwert Abgas Hu . . . 1450 kcal 1340 kcal |