DE1467195C - Verwendung von Flugasche als Aktivkohle - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft die Verwendung von Flug- wendet werden, werden im allgemeinen zwei Tests

asche als Aktivkohle. angewandt. Diese sind der Phenoltest und der Jod-

Jedes Jahr werden große Mengen an Rinde als test. Der Phenoltest ist von der American Water

Abfallmaterial von der holzverarbeitenden Industrie Works Association als Standardtest für Kohlesorten

erhalten. In den meisten holzverarbeitenden Betrieben 5 der »Wassergüte« aufgestellt worden und schreibt

und insbesondere in der Papierindustrie kann die vor, daß eine Kohle, die als Kohle der »Wassergüte«

Rinde nicht mit dem Holz verwendet werden und klassifiziert werden soll, einen Phenolwert von

muß auf irgendeine Art, beseitigt werden. Obgleich weniger als 30 haben muß. Der Jodtest ist ein sehr

viele Vorschläge für verschiedene Verwendungen leicht auszuführender Test, der in der Aktivkohle-

dieser Rinde gemacht worden sind, wird sie üblicher- io Industrie in weitem Ausmaß angewendet wird und im

weise verbrannt, um sie nicht nur zu beseitigen, son- allgemeinen mit dem Phenoltest im Zusammenhang

dem auch einen geringen Nutzen aus ihr zu ziehen. steht. Einzelheiten über diese Tests sind dem Buch

Rinde ist jedoch ein verhältnismäßig schlechter yon J. W. Hassler, »Active Carbon«, Chemical

Brennstoff, und zwar zufolge ihres hohen Feuchtig- Publishing Co., Inc., Brooklyn, New York, 1951,

keitsgehalts, der im allgemeinen ungefähr 40 bis 60% »5 S. 345 bis 347, zu entnehmen,

beträgt. Trotzdem wird sie in großen öfen bzw. Kohlesorten, die einen Jodwert von 75 oder mehr

Feuerräumen verbrannt, und die erzeugte Wärme haben, haben im allgemeinen einen Phenolwert von

wird allgemein zur Dampferzeugung verwendet. weniger als 30 und sind zur Behandlung von Wasser

Durch das Verbrennen der Rinde werden große geeignet. Rindenflugasche hat einen Jodwert zwischen

Mengen an Flugasche erzeugt, die ihrerseits ein Pro- ao 75 und 95 und einen Phenolwert zwischen 15 und 25.

blem darstellen. Wenn zugelassen wird, daß die Flug- Diese Werte liegen innerhalb des Bereichs, der von

asche mit den Schornsteingasen in die Atmosphäre der American Water Works Association vorge-

getragen wird, werden dadurch die Probleme hin- schrieben ist.

sichtlich der Luftverschmutzung verschärft, die be- Im Vergleich hierzu besitzt durch die Verbrennung reits in der Umgebung einer Papiermühle von schwer- as anderer fester Brennstoffe erhaltene Flugasche diese wiegender Art sind. Daher wird die Flugasche · aus hohen Adsorptionseigenschaften nicht. Es wurde den .Schornsteingasen durch Vorrichtungen, abge- Kohlenflugasche aus verschiedenen Feuerräumen und schieden und in den Feuerraum zurückgeführt, wo Öfen untersucht. Diese Flugaschen wurden gesiebt, sie verbrannt wird. Diese Flugasche entspricht als um die Partikeln, die größer sind, als es einer Sieb-Brennstoff etwa Braunkohle auf Heizwertbasis oder 30 maschenweite von 0,84 mm (20 mesh) entspricht, einem Wert von ungefähr 48 bis 60 DM je Tonne. auszuscheiden, und hinsichtlich ihres Adsorptions-Das Verbrennen der Rindenflugasche ist in der Vermögens sowohl dem Jodtest als auch dem Phenol-Papierindustrie seit vielen Jahren üblich. test unterworfen. Die Ergebnisse dieser Tests waren

Es ist jedoch nunmehr gemäß der Erfindung ge- außerordentlich dürftig und zeigten, daß gemäß dem

funden worden, daß Flugasche, die bei der Verbren- 35 heutigen Standardmaß Kohlenflugasche nicht als

nung von mindestens 70 % Rinde, Zapfen und Nadeln Aktivkohle klassifiziert werden kann. Der Jodwert

enthaltendem Nadelholzabfall oberhalb einer Tempe- der Kohlenflugasche lag in dem Bereich zwi-

ratur von 815° C erhalten worden ist, als Aktivkohle sehen 10 und 20, während der Phenolwert unbe-

verwendet werden kann. stimmbar war, da die Adsorption von Phenol un-

Auf solche Weise hergestellte Aktivkohle ist mit 40 meßbar war.

Aktivkohle handelsüblicher Güte zur Wasserbehand- Flugasche, die bei der Verbrennung von Bagasse

lung vergleichbar und kann in allen den Fällen, in erhalten wurde, welche in ihren chemischen und

denen gewöhnlich Aktivkohle von Wasserbehand- physikalischen Eigenschaften Rinde sehr ähnlich ist,

lungsgüte verwendet wird, benutzt werden, und zwar wurde ebenfalls getestet. Der Jodwert der Bagassen-

ohne jedwede, weitere Behandlung, außer einem 45 flugasche betrug, obgleich er beträchtlich höher als

Mahlen, um Partikeln von einer für die jeweilige An- derjenige von Kohlenflugasche lag, nur 50. ·

wendung gewünschten Größe zu erzeugen. Um Flugasche aus anderen Materialien testen zu

Dies ist überraschend. Es ist zwar bekannt, daß können, war es erforderlich, ein Verfahren zu schaf-

Flugaschen von verschiedenen festen Brennstoffen fen, um ein Verkohlungsprodukt zu erhalten, das mit

aktive Eigenschaften besitzen, jedoch ist die Aktiv- 50 Flugasche vergleichbar ist. Das entwickelte Verfahren

kohle, die man durch einfache Aufbereitungs- bestand darin, daß eine gegebene Menge von pulveri-

methoden direkt aus der Asche gewinnen kann, nur siertem festem Brennstoff in einen aus rostfreiem

in verhältnismäßig geringem Ausmaß aktiv. Somit Stahldraht bestehenden Korb eingebracht und der

muß eine Nachaktivierung erfolgen, wenn eine große Korb in einem Ofen ungefähr 30 oder 60 cm ober-

Aktivität der Kohle gewünscht wird. 55 halb des Bettes aus brennender Rinde während einer

Die gemäß der Erfindung hergestellte Rindenflug- gegebenen Zeitperiode angeordnet wurde. Wenn

asche ist eine Kohle von zur Behandlung von Wasser dieses Verfahren mit Rinde durchgeführt wurde,

oder zum Desodorieren von Flüssigkeiten geeigneter standen die Adsorptionseigenschaften des in dem

Güte im Gegensatz zu einer Kohle von zum Ent- Korb erhaltenen Verkohlungsprodukts in sehr guter

färben geeigneter Güte. Die Kohlesorten der »Wasser- 60 Beziehung mit den Adsorptionseigenschaften der aus

gute« haben ein hohes Adsorptionsvermögen für Ver- dem Ofen erhaltenen Flugasche,

bindungen, die üblicherweise einen Geruch und Ge- Durch Anwendung dieses Verfahrens wurden

schmack hervorrufen, und demgemäß werden sie in . weitere feste Brennstoffe getestet. Obgleich einige

weitem Ausmaß bei der Behandlung öffentlicher Brennstoffe, insbesondere Holz und Torf, Verkoh-Wasserversorgungsanlagen verwendet, um das Wasser 65 lungsprodukte ergaben, die beträchtlich besser als

wohlschmeckender zu machen. Zum Bestimmen des Kohlenflugasche waren, lieferte keiner dieser Brenn-

Adsorptionsvermögens von Kohlesorten, die zur Be- stoffe ein Verkohlungsprodukt mit den hoch adsor-

handlung von Wasser und für ähnliche Zwecke ver- bierenden Eigenschaften von Rinde bei gleicher Aus-

beute. Aus Torf erhaltene Verkohlungsprodukte Wie oben erwähnt, ist gefunden worden, daß, abhatten bei diesen Tests die höchste Aktivität. gesehen von Rinde und Nadelholzabfall, Torf-VerWenn Torf mit einem Feuchtigkeitsgehalt von un- kohlungsprodukte mit der größten Aktivität liefert, gefahr 6O°/o'bei einer Temperatur von etwa 884° C Bei einem Vergleich des Jodwertes und der Ausbeute während einer Dauer von 2 Minuten verbrannt 5 der Torfverkohlungsprodukte mit denjenigen aus wurde, wurde ein Verkohlungsprodukt mit einem Rinde und Nadelholzabfall ist jedoch erkennbar, daß Jodwert von 67,9 bei einer Ausbeute von ungefähr ein beträchtlicher Unterschied zwischen den Verkoh-20°/o erhalten. Die Erhöhung der Verbrennungsdauer lungsprodukten dieser Materialien vorhanden ist. Aus auf 4 Minuten führte zu einem Verkohlungsprodukt den obengenannten Werten ist. ersichtlich, daß bei mit einem Jodwert von 66,7 bei ungefähr der gleichen ίο ungefähr gleichem Adsorptionsvermögen, d. ti. 75 für Ausbeute. Eine Verbrennung von trockenem Torf ein Verkohlungsprodukt. aus gemischter Rinde und während 2 Minuten bei etwa 884° C führte zu einem . 76 für ein Verkohlungsprodukt aus Torf, die Aus-Verkokungsprodukt mit einem Jodwert von 76, je- beute des aus Rinde erhaltenen Verkohlungsprodukts doch betrug die Ausbeute lediglich 6,2 ⁰Zo. Eine Ver- mehr als dreimal so groß ist ^wie die des aus Torf brennung des trockenen Torfs während 4 Minuten 15 erhaltenen Verkohlungsprodukts oder daß bei ungeverbrauchte den Torf vollständig. fähr gleicher Ausbeute, d.h. 21% für Kohle aus Holz, welches Rinde sowohl im Ursprung als auch gemischter Rinde und 20% für Kohle aus Torf, der im chemischen und physikalischen Aufbau sehr ahn- Jodwert der Rindenkohle um ungefähr 7 Einheiten lieh ist, ergab ebenfalls Verkohlungsprodukte mit höher liegt. Wenn auch dieser Unterschied des Adrelativ hohem Jodwert. Nadelholzspäne ergaben bei ao.Sorptionsvermögens als gering erscheinen mag, so ist Verbrennung in einem Ofen während 3 Minuten bei doch zu berücksichtigen, daß der Jodwert keine ungefähr 884°C ein Verkohlungsprodukt mit einem lineare Funktion des Adsorptionsvermögens einer Jödwert von 63,5. Die Ausbeute dieses Verkohlungs- . Kohle ist. Zufolge dieses nichtlinearen Verhältnisses Produktes betrug 8,2% des ursprünglichen Gewichtes ' .' können verschiedene Kohlen, die sich in ihrem Joddes trockenen Holzes; Espenholzspäne ergaben bei as wert verhältnismäßig wenig unterscheiden, große Verbrennung während 2 Minuten ein Verkohlungs- Unterschiede in ihrem Adsorptionsvermögen aufprodukt mit einem Jodwert von nur 57 bei einer Aus- -' weisen. So hatte beispielsweise die aus Torf erhaltene beute von 7,4%. ■■.·'.- . Kohle, die einen Jodwert von 67,9 aufwies, einen Bei Verbrennung von Braunkohle betrug der in Phenolwert von 30,4 und einen Sorptionsindex von dem Verkohlungsprodukt maximal erzielbare Jod- 30 65,7. Die aus der gemischten Rinde erhaltene Kohle, wert 45,3. Dieser Wert wurde durch eine Verbren- die einen Jodwert von 75 aufwies, hatte einen Phenolnung während 6 Minuten bei etwa 872° C erhalten. wert von 20,3 und einen Sorptionsindex von 98,5. Die Ausbeute dieses Verkohlungsproduktes betrug Das Verhältnis des Sorptionsindex zeigt an, daß die ungefähr 20%. ■ ' \ Rindenkohle ungefähr l'^mal so wirksam ist wie die Für Vergleichszwecke wurde weiterhin eine Mi- 35 Torfkohle.. In anderen Worten ausgedrückt, es muß schung aus Nadelholz- und Hartholzrinde in der ungefähr l'/jmal soviel Torfkohle wie Rindenkohle oben beschriebenen Weise verbrannt. Die Verbren- verwendet werden, um das gleiche Ergebnis zu ernung dieser gemischten Rinde, die einen Feuchtig- halten. , ' ;■ .
keitsgehalt von ungefähr 22,3 % hatte, bei einer Tem- Die Rindenkohle mit einem Jodwert von 75 war peratur von etwa 872° C während 2 Minuten führte 40 weiterhin wirksamer als die Torfkohle mit einem zu einem Verkohlungsprodukt mit einem Jodwert von Jodwert von 76. Diese Torfkohle hatte einen Phenol-75 bei einer Ausbeute von 21,4%. Bei einer Ver- wert von 25,6 und einen Sorptionsindex von lediglich brennung während 3 Minuten erhöhte sich der Jod- 78,3. In diesem Fall war die Rindenkohle ungefähr wert des Verkohlungsproduktes auf 86,2, während um 25% wirksamer als die Torfkohle. Es ist weiterdie Ausbeute auf 12,9% absank. Ein Erhöhen der 45 hin zu berücksichtigen, daß die Jodwerte der oben-Verbrennungszeit auf 4 Minuten führte zu einem genannten Verkohlungsprodukte die maximalen Verkohlungsprodukt mit einem Jodwert von 83,7 bei Werte darstellen, die erreichbar waren, während einer Ausbeute von 11,8%. Rindenkohle mit Jodwerten über 95 und Sorptions-Nadelholzabfall. führt zu einem Verkohlungs- indizes bis ungefähr 150 erzeugt worden sind. Die produkt, welches ein gleiches oder sogar größeres 50 großen Unterschiede zwischen dem Adsorptionsver-Adsorptionsvermögen als das Verkohlungsprodukt mögen der verschiedenen Verkohlungsprodukte geaus gemischter Rinde hat. Wenn beispielsweise eine · maß vorstehender Beschreibung zeigen deutlich, daß Probemenge von Nadelholzabfall in einem Ofen · Rinde,'insbesondere Nadelholzrinde, und Nadelholzwährend 4 Minuten bei einer Temperatur von etwa abfall unter den festen Brennstoffen außerordentlich 884° C verbrannt wurde, wurde ein Verkohlungs- 55 gut geeignet sind, Verkohlungsprodukte hoher Aktiprodukt mit einem Jodwert 80 bei einer Ausbeute vität mit verhältnismäßig hoher Ausbeute unter den von 11% erhalten. Der Nadelholzabfall bestand aus Bedingungen der Erfindung zu liefern.
Rinde, Zapfen, Nadeln und etwas Holz von kleinen Rindenflugasche besitzt weiterhin verschiedene Ästen von Nadelbäumen. Die hier verwendete Be- andere Eigenschaften, die sie von Flugaschen anderer zeichnung »Nadelholzabfall« soll auch eine Mischung 60 fester Brennstoffe und insbesondere von Kohlenflugeinschließen, die feste Brennmaterialien, welche von aschen unterscheiden. Erstens haben die Teilchen von Nadelholzbäumen stammen, und 70% oder mehr Rindenflugasche eine beträchtliche Größe im Vereiner Mischung von Rinde, Zapfen und Nadeln ent- gleich zu beispielsweise aus Kohle erhaltener Flughiilt. Es ist gefunden worden, daß das relative Anteil- asche. Ungefähr 50% der Rindenflugasche werden verhältnis von Rinde, Zapfen und Nadeln ohne Be- 65 von einem Sieb mit einer Maschenweite von 2 mm, deutung ist, solange die Gesamtmenge an Rinde, ungefähr 70% von einem Sieb mit einer Maschen-Zapfen und Nadeln mehr als 70% des Gesamtbrenn- weite von 0,84 mm und ungefähr 85% von einem Stoffs ausmacht. Sieb mit einer Maschenweite von 0,42 mm zurück-

gehalten. Andererseits geht nahezu die gesamte Kohlenflugasche durch ein Sieb mit 2 mm Maschenweite hindurch; ungefähr 80% oder mehr werden von einem Sieb mit 0,84 mm Maschenweite durchgelassen, und ein großer Teil der Kohlenflugasche geht durch ein Sieb mit 0,42 mm Maschenweitc hindurch. Zweitens hat Rindenflugasche einen sehr geringen Aschengehalt. Dieser Aschengehalt beträgt im allgemeinen nur 1 bis 5%, obgleich er in einigen Fällen beträchtlich höher sein kann, beispielsweise etwa 10 bis 15%. Im Vergleich hierzu hat Kohlenflugasche im allgemeinen einen Aschengehalt von über 50%, und dieser Aschengehalt kann sogar 90 bis 95% betragen.

Weiterhin ist die Rindenflugasche in ihrer Gesamtheit aktiv, und es bestehen sehr geringe Unterschiede in dem Aschengehalt oder der Aktivität zwischen getrennten Fraktionen verschiedener Partikelgröße. Die nachfolgende Tabelle, in der eine typische Analyse einer Rindenflugaschenprobe wiedergegeben ist. läßt diese Tatsache klar erkennen. Die kombinierte bzw. zusamcngcsetzte Probe hatte vor dem Sieben einen Aschengehalt von 3,1% und einen Jodwert von 84,2.

Siebmaschenweite mm	Fraktion ·'.	Asche gehalt - ■ *■'· ' .	Jodwert
	60.0 28.6 5.7 . 5.7	3.0 3.4	79.8 83.0 84.2 82.4
-2 bis -MUU'.:... -0,84 bis -·· 0.42 .. -0.42 ....

Das Verfahren zum Erzeugen der Flugasche aus Rinde soll nachstehend an Hand der Zeichnung erläutert werden, die eine schaubildliche Teilschnittansicht eines Rindenverbrennungsofens von der Art zeigt, wie er in der Papierindustrie verwendet wird, dessen Arbeitsweise jedoch so eingestellt werden muß. daß die Bedingungen des Verfahrens erhalten werdpn. Wie in der Zeichnung veranschaulicht, wird Rinde aus einem erhöht angeordneten Vorratsraum (nicht dargestellt) über eine Reihe von Rutschen 10 einem Fördermechanismus 12 zugeführt. Der Fördermechanismus 12 drückt die Rinde in eine Verbrennungszone 14 des Ofens und verteilt sie über die Fläche eines Drehrostes 16, auf welchem ein Bett von brennender Rinde aufrechterhalten wird. In den Ofen wird Luft durch eine Leitung 18. aus welcher ein Teil der Luft durch den Drehrost 16 hindurchströmt, und durch Leitungen 20 hindurch eingedrückt. au<= welchen die restliche Luft oberhalb des auf dem Rost 16 befindlichen Bettes aus brennender Rinde austritt. Durch die Verbrennung der Rinde mit der Luft wird ein Gasstrom erzeugt, der aus der Verbrennungszone 14 nach oben austritt und durch eine Rohrleituns:*- zone 22. einen Luftvorerhitzerabschnitt 24 und einen Sammler 26 hindurchwandert und danach in den Rauchabzug oder Schornstein gelangt. Der Gasstrom führt Mengen verkohlter Rinde sowie Sand und andere anorganische Materialien mit sich, die in der dem Ofen zugeführten Rinde enthalten sind.

Wenn die Gase durch die Rohrleitungszone 22 strömen, werden sie um eine Zwischenwand 28 herum um 1SO~ umgelenkt. Bei dieser Umlenkung fällt ein Teil der Flugasche, ungefähr 25 bis 40%, aus dem Gasstrom heraus in einen Sammelbehälter 30. Die die restliche Flugasche enthaltenden Gase strömen durch eine Kammer 32 hindurch und werden nochmals um 180° umgelenkt. Dabei wird zufolge der Zentrifugalkraft der größte Teil der verbleibenden Flugasche über eine Scheidewand 34 geführt, von wo sie durch Rohre 36 hindurch in einen Sammelbehälter 38 herabfällt. Die Gase gehen dann durch

ίο den Sammler 26 hindurch, in welchem der Sand und die restliche Flugasche gesammelt werden, bevor die Gase in den Schornstein gelangen. Die Flugasche kann aus den Sammelbehältern 30 und 38 und dem Sammler 26 herausgenommen werden, und nach Mahlen auf die gewünschte Teilchengröße ist sie zur Verwendung fertig. ,

Eine typische Betriebsweise eines Rindenkessels von der in der Zeichnung wiedergegebenen Art zum Erzeugen hochwirksamer Aktivkohle aus Rindenflug-

ao asche wird an Hand des folgenden Beispiels erläutert.

Beispiel

«5 Nadelholzrinde wurde einem Feuerraum in einer Menge von 10 900 kg je Stunde zugeführt. Diese Rinde wurde unmittelbar von Holzentrindern geliefert und enthielt ungefähr 40% Feuchtigkeit. Die Zufuhrmenge trockener Rinde betrug nur ungefähr 6580 kg je Stunde bzw. 158 t je Tag. Die Rindenstücke hatten unterschiedliche Größen; die größten Stücke hatten eine Länge von ungefähr 15. bis 20 cm, eine Breite von ungefähr 7,5 bis 10 cm und eine Dicke von ungefähr 1,2 cm, und die kleinsten Stücke bestanden aus Teilchen, die bequem durch ein Sieb mit einer Maschenweite von 0,044 mm hindurchgingen und die fast staubartigen Charakter hatten.

Dem Feuerraum wurde durch die Leitungen 18 und 20 Luft in einer Menge von ungefähr 79 400 kg je Stunde zugeführt, was einen Luftüberschuß von ungefähr 45% ergab. Die dem Feuerraum zugeführte Luft wurde in einem Verhältnis von 80: 20 in unter dem Rost 16 eintretende Luft und über dem Rost eintretende Luft aufgeteilt. Die gesamte unter dem Rost eintretende Luft wurde vor der Zufuhr zu dem Feuerraum in dem Luftvorerhitzer 24 auf ungefähr 232° C erhitzt. Unter diesen Bedingungen der Rinden- und Luftzufuhr wurde in der Verbrennungszone 14 eine Temperatur von ungefähr 872⁰C auf-

jo rechterhalten und Waserdampf in einer Menge von etwa 37 195 kg je Stunde erzeugt. Die Flugasche wurde in einer Menge von ungefähr 5.26 t je Tag aus den Sammelbehältern 30 und 38 gewonnen, was einer Ausbeute von ungefähr 3.4° 0 mit Bezug auf das ursprüngliche Trockengewicht der Rinde entsprach. Diese Flugasche hatte einen Jodwert von 86 und einen Phenolwert von 17.5.

Der Betrieb des Kessels ist nicht kritisch, außer daß die Temperatur in der Verbrennungszone 14 über etwa 815^CC gehalten werden muß. um Kohle guter Qualität zu erhalten. Es ist erwünscht, daß höhere Temperaturen. z.B. über etwa 872^CC, verwendet werden. Im allgemeinen ist die Qualität der Kohle um so besser, je höher die Temperatur ist. jedoch beginnt, nachdem eine Temperatur von ungefähr 1092⁼C erreicht ist. die Ausbeute an Flugasche abzusinken, und es ergeben sich Probleme hinsichtlich der Fähigkeit der Materialien des Feuer-

raums, der Hitze während längerer Zeiträume zu Rindenpartikeln. Innerhalb des in üblichen Rindenwiderstehen. brennern verwendeten normalen Bereichs der Gas-

Der Feuerraum kann derart betrieben werden, daß stromgeschwindigkeiten von ungefähr 272 bis 635 kg die Rinde anfänglich zu einem Verkohlungsprodukt je Stunde und je 0,093 m² Feuerraumfläche in einer Atmosphäre verkohlt wird, welche nicht ge- 5 wird das Verkokungsprodukt aus der Verbrennügend Sauerstoff für eine vollständige Verbrennung nungszone herausgetragen, die unverkohlte Rinde der Rinde enthält. Es ist jedoch gefunden worden, jedoch nicht. Wenn Partikeln unverkohlter Rinde daß derartige Bedingungen weder notwendig noch klein genug sind, um von dem Gasstrom mitgenomerwünscht sind und daß auf Grund der Art und men zu werden, sind sie auch klein genug, um in der Weise, auf welche die Rinde brennt, gemäß nach- io Zeit, in welcher die Partikeln die Verbrennungszone stehender Beschreibung ein Verkohlungsprodukt mit verlassen, verkohlt zu werden. Daher besteht, solange hohem Kohlenstoffgehalt gebildet wird, selbst wenn keine übermäßig hohen Gasstromgeschwindigkeiten während der Verbrennung ein großer Luftüberschuß erzeugt werden, kein Problem hinsichtlich des Trenvorhanden ist. Wenn in dem Feuerraum eine Tempe- nens der rohen Rinde von der verkohlten Rinde,
ratur über etwa 815 ⁰C aufrechterhalten wird, bildet 15 Vom Standpunkt, Flugasche hoher Aktivität zu die Rinde, unabhängig von der Art und Weise, auf erhalten, ist es erwünscht, die Luft vor ihrem Eintritt welche sie verbrannt wird, ein hochaktives Verkoh- in die Verbrennungszone zu erhitzen. Obgleich es lungsprodukt. Es wurde gefunden, daß die Aktivität sich zum Erhöhen des Jodwertes der Flugasche als und auch die Ausbeute an Flugasche, die durch Ver- günstig erwiesen hat, die Luft auf eine Temperatur kohlung mit Luftüberschuß erzeugt wird, höher als ao von nur etwa 93⁰C zu erhitzen, ist es erwünscht, die diejenigen sind, die durch Begrenzen des Sauerstoffs Luft auf noch höhere Temperaturen zu erhitzen, da in der Verbrennungszone erhalten werden. Ein er- der Jodwert der Flugasche um so größer ist, je höher höhter Kesselwirkungsgrad kann weiterhin dadurch die Temperatur ist. Eine Erhöhung des Jodwertes der erhalten werden, daß in dem Bett der brennenden Flugasche um ungefähr 10% kann dadurch erhalten Rinde ein Luftüberschuß verwendet wird, und dieses as werden, daß die Luft dem Brennraum mit einer Tem-Verfahren wird gegenüber demjenigen vorgezogen, perarur von ungefähr 232° C statt mit Raumtemperabei welchem die Sauerstoffmenge während der an- tür zugeführt wird. Die Art und Weise, auf welche fänglichen Verkohlungsperiode so begrenzt wird, daß das Erhitzen der Luft den Jodwert der Flugasche sie für eine vollständige Verbrennung nicht ausreicht. beeinflußt, ist nicht klar. Es ist jedoch gefunden wor-Beide Verfahren können jedoch verwendet werden, 30 den, daß das Erhitzen der Luft mittels eines Wärmeum aktive Flugasche zu erzeugen, solange die Tem- austauschers, beispielsweise des Luftvorerhitzers 24, peratur in dem Feuerraum auf wenigstens ungefähr vorgenommen werden soll statt durch direkte Feue-815⁰C gehalten wird. längsverfahren, wie durch Verbrennen von Gas oder

Im allgemeinen ist, um einen wirksamen Kessel- öl in der Luft. Verbrennungsprodukte aus der Verbetrieb aufrechtzuerhalten und in dem Feuerraum die 35 brennung anderer Brennstoffe haben eine schädliche zur Aktivierung notwendige Temperatur zu schaffen, Wirkung auf die Qualität der Rindenflugasche, selbst Luft im Überschuß zu der stöchiometrischen Menge, wenn ein Luftüberschuß zum Verkohlen der Rinde die für die Verbrennung der Rinde notwendig ist, er- verfügbar ist.

forderlich. Es ist gefunden worden, daß ein Luft- Obgleich Rinde von vielen verschiedenen Bäumen

Überschuß von ungefähr 10 bis 50% zufriedenstel- 40 verbrannt worden ist und gefunden wurde, daß sie lend ist. Durch die Verwendung überschüssiger Luft Flugasche zufriedenstellender Aktivität erzeugt, beinnerhalb dieses Bereichs soll durch den Feuerraum steht ein bemerkenswerter Unterschied in dem Aktiein Gasstrom hindurchgehen, der ausreicht, um die vierungsgrad, der durch Verwendung verschiedener verkohlten Rindenpartikeln mitzunehmen, aber nicht Rinden erhalten werden kann. Hartholzrinden erausreicht, um die nicht verkohlte Rinde mitzu- 45 geben im allgemeinen Flugasche, die ein beträchtlich nehmen. geringeres Adsorptionsvermögen als Flugasche hat,

Der Gasstrom wirkt gewöhnlich ähnlich wie ein die durch Verbrennung von Kiefernrinde und ähn-Windsichter. Wenn die Rinde brennt, werden zu- liehen Nadelholzrinden erhalten wird. Der Unternächst die in ihr enthaltenen flüchtigen Stoffe aus- schied zwischen den Jodwerten von Hartholz- und getrieben und verbrannt, und es verbleibt ein Kohle- 50 Nadelholzrindenflugaschen, die unter identischen Berückstand. Dieser Kohlerückstand bzw. das Verkoh- dingungen erhalten sind, kann 10 bis 20 Einheiten lungsprodukt, das einen großen Teil seines Ursprung- betragen. Der Grund für diesen Unterschied zwischen liehen Gewichts verloren hat, hat eine viel geringere den Rinden ist nicht vollständig klar, jedoch ist an-Dichte als die ursprüngliche Rinde und kann daher zunehmen, daß er primär in dem poröseren Gefüge von dem Gasstrom mit einer viel geringeren Ge- 55 der Nadelholzrinde liegt, das eine größere Oberschwindigkeit mitgenommen werden, als sie zur Mit- fläche zur Berührung mit den aktivierenden Gasen in nähme von Rindenpartikeln erforderlich ist. Während dem Gasstrom schafft. Für die Zwecke der Erfindung, die scheinbare Dichte urigetrockneter Rinde ungefähr Flugasche als Aktivkohle zu verwenden, ist die durch 480 kg/m* und diejenige trockener Rinde ungefähr Verbrennung von Hartholzrinden allein erhaltene 288 kg/m» beträgt, hat die Rindenflugasche eine 60 Flugasche von geringem Wert. Die Verbrennung die-Dichte von nur ungefähr 120 kg'm^s. Daher ist die zur ser Hartholzrinden in Verbindung mit Nadelholzrin-Mitnahme von Partikeln gegebener Größe des Ver- den scheint jedoch die Aktivität der Hartholzrindenkohlungsprodukts erforderliche Geschwindigkeit des flugasche zu erhöhen, und es ist empfehlenswert, Gasstroms ungefähr nur halb so groß wie die Ge- Hartholzrinden in dieser Weise zu verwenden,
schwindigkeit, die erforderlich ist, um unverkohlte 65 Der Feuchtigkeitsgehalt der dem Feuerraum zutrockene Rindenpartikeln gleicher Größe mitzuneh- geführten Rinde hat eine sehr überraschende Wirmen. und beträgt nur ungefähr ein Viertel der Ge- ku^Qg auf die Ausbeute. Es ist überraschend, daß, je schwindigkeit zur Mitnahme unverkohlter feuchter trockener die Rinde ist, um so größer die Ausbeute

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an Flugasche ist. Unter der Ausbeute ist hier zu verstehen: das Gewicht der Flugasche, geteilt durch das Trockengewicht der Rinde.

Trockene Rinde verliert während der Verbrennung, selbst bei vorhandenem Sauerstoffüberschuß, schnell an Gewicht, bis ein Punkt erreicht ist, an welchem ungefähr 20% des ursprünglichen Trockengewichts verbleiben. Eine fortgesetzte Verbrennung verringert das Gewicht sehr langsam, und zwar mit einer Geschwindigkeit von ungefähr ein Sechzigstel . der Geschwindigkeit der Gewichtsabnahme während der anfänglichen Verbrennungsperiode.

Feuchte Rinde mit einem Feuchtigkeitsgehalt von ungefähr 40% verbrennt in ähnlicher Weise, jedoch erfolgt die merkliche Verminderung des Gewichts-Verlustes erst dann, wenn die Rinde ein viel geringeres Gewicnt erreicht, ungefähr 13 oder 14% des ursprünglichen Trockengewichts der feuchten Rinde. Diese Erscheinung kann nicht vollständig erklärt werden, jedoch wird angenommen, daß sie die Folge des in der feuchten Rinde erzeugten Wasserdampfes ist, der eine destruktive Destillation organischer Verbindüngen hervorruft, die in trockener Rinde verkohlt werden würden und einen Kohlerückstand hinterlassen. Zwischen den Extremen sehr feuchter Rinde und ofentrockener Rinde wird eine allmähliche Zunähme der Ausbeute erhalten, wenn der Feuchtigkeitsgehalt der Rinde abnimmt. Im allgemeinen ist es wegen der erhöhten Ausbeute an Flugasche und des in dem Feuerraum erhaltenen größeren Wirkungsgrades vorzuziehen, daß die zu verbrennende Rinde einen Feuchtigkeitsgehalt von 10 % oder weniger hat. Am meisten erwünscht ist es, daß die Rinde ofentrocken ist, d. h. einen Feuchtigkeitsgehalt von im wesentlichen 0% hat, jedoch ist dies vom praktischen Standpunkt aus nicht wirtschaftlich durchzuführen. Das Trocknen der Rinde kann durch Ver-Wendung von Feuerungsabgasen auf die in der USA.-Patentschrift 2 271157 beschriebene Art bequem durchgeführt werden.

Dem Umstand, daß Rinde und auch Nadelholzabfall in der oben beschriebenen Weise verbrennen, kann es zugeschrieben werden, daß sie sehr gleichförmig aktiviert werden können. Beispielsweise wird Kohle, wenn sie in Luft verbrannt wird, an der Oberfläche mehr oder weniger verbraucht, und es tritt, wenn überhaupt, nur eine geringe Verflüchtigung der zersetzbaren Stoffe im Inneren des Partikels vor dem Zeitpunkt auf, an welchem der Kohlenstoff an der Oberfläche des Partikels verbraucht ist. Demgemäß wird der größere. Teil der Kohle tatsächlich verbraucht, bevor ein gleichmäßiges Verkohlungsprodukt erhalten wird. .

Es ist möglich, erhöhte Ausbeuten zu erzielen, indem die Rinde auf eine gleichmäßige Partikelgröße in dem Durchmesserbereich von 3,17 bis 12,7 mm zerkleinert wird, d. h. auf Teilchen, die von einem 12,7-mm-Steinsieb durchgelassen und von einem 3,17-mm-Steinsieb zurückgehalten werden. Gewöhnlieh wird Rinde in einem weiten Größenbereich von großen Stücken von 15 bis 20 cm Länge bis zu äußerst kleinen, fast staubartigen Partikeln erhalten. Die großen Stücke haben, selbst wenn sie verbrannt oder verkohlt werden, immer noch ein zu großes Gewicht, um von dem Gasstrom aus dem Feuerraum herausgetragen zu werden. Demgemäß verbleiben die verkohlten Stücke in dem Feuerraum und werden langsam aufgebraucht, bis eine Partikelgröße erreicht ist, die von dem Gasstrom mitgenommen werden kann. Dies führt selbstverständlich zu einem beträchtlichen Verlust an Kohlenstoff. Durch Zerkleinern der Rinde vor dem Zuführen zu dem Brenn-S raum hat die Rinde, sobald sie verkohlt ist, eine Partikelgröße, die klein genug ist, um von dem Gasstrom unmittelbar aus der Verbrennungszone herausgetragen zu werden, so daß, wenn überhaupt, nur ein kleiner Teil des Kohlerückstandes verbraucht. wird.

Ein weiteres Verfahren, mittels dessen die Ausbeute an Aktivkohle in Flugasche erhalten werden kann, besteht darin, das auf dem Rost befindliche Bett aus brennender Rinde in ständiger Bewegung »5 zu halten. Dies kann leicht dadurch bewirkt werden, daß man Luftstrahlen auf das Bett auftreffen läßt. Jedoch können auch mechanische Vorrichtungen verwendet werden. Die Wirkung dieses Inbewegunghaltens ist nicht vollständig bekannt, jedoch ist anzunehao men, daß kleine Partikeln, die sonst durch frisch zugeführte Rinde überdeckt und daran gehindert werden könnten, in den Abzug geführt zu werden, von der über ihnen liegenden Rinde befreit werden. Daher können die kleinen Partikeln von dem Gasstrom aufas genommen und aus der Verbrennungszone herausgeführt werden.

Um optimale Ergebnisse zu erhalten, sollten die bevorzugten Merkmale gemäß vorstehender BeSchreibung kombiniert werden, d. h., das bevorzugte Gesamtverfahren zur Durchführung der Erfindung besteht darin, als einzigen Brennstoff trockene Nadelholzrinde zu verwenden, die pulverisiert worden ist, um Partikeln mit einem Durchmesser zwischen 3,17 und 12,7 mm zu erhalten. Diese trockenen Rindenpartikeln werden in Gegenwart eines Überschusses von Luft verbrannt, die vor ihrem Eintritt in die Verbrennungszone indirekt auf eine Temperatur über 232°C erhitzt worden ist. Die Geschwindigkeit der Verbrennung der Rinde wird auf einem solchen Wert gehalten, daß die Temperatur im Feuerraum mehr als etwa 872° C beträgt. Unter diesen Bedingungen wird eine höchste Ausbeute an Flugasche größter Aktivität erhalten.

Proben der Rindenflugasche wurden bei der Behandlung des Wassers öffentlicher Wasserversorgungsanlagen in fünfzehn verschiedenen Orten geprüft. Die beiden Proben der verwendeten Flugasche hatten Jodwerte von 91,6 bzw. 80 und Phenolwerte von 15,5 bzw. 20. Die Flugasche wurde zwecks Zugäbe zu dem Wasser durch Mahlen präpariert, bis 90 bis 95% von ihr durch ein Sieb mit einer Maschenweite von 0,044 mm hindurchgingen. Die Ergebnisse der Tests zeigten, daß die Rindenflügasche mit handelsüblichen Aktivkohlen zur Wasserbehandlung vergleichbar ist. Während dieser Tests ist gefunden worden, daß Rindenflugasche verschiedene erwünschte Eigenschaften hat, welche die handelsüblichen Aktivkohlen nicht besitzen. Im Vergleich zu den gewöhnlichen Aktivkohlen ist Rindenflugasche freier fließbar und verursacht geringere Schwierigkeiten in Verbindung mit der Zufuhrausrüstung. Sie benetzt sich schneller und vollständiger, ist weniger staubig, ist dichter und scheidet Wasser etwas schneller aus. Die gepackte Dichte der gemahlenen Rindenflugasche liegt in dem Bereich zwischen 384 und 480 kg/m^s, wogegen die gepackte Dichte der meisten handelsüblichen Aktivkohlen zur Wasserbehandlung in dem Bereich von 288 bis 320 kg/m³ liegt.

In der nachfolgenden Tabelle sind die Ergebnisse der Verwendung von Rindenflugasche in den genannten Tests wiedergegeben. In dieser Tabelle bezieht sich die Probe »1« auf Rindenflugasche mit einem Jodwert von 91,6 und einem Phenolwert von 15,5 und die Probe »2« auf eine Rindenflugasche mit einem Jodwert 80 und einem Phenolwert 20.

Für Vergleichszwecke wurden bei diesen Tests außerdem zwei handelsübliche" Aktivkohlen der

Wasserbehandlungsgüte verwendet, die in der nachfolgenden Tabelle mit »A« und »B« bezeichnet sind und die durch Aktivieren verkohlter Ablauge hergestellt sind und von der West Virginia Pulp and Paper Company unter der Handelsbezeichnung »Nuchar« verkauft werden. Die Probe »A« hatte einen Jodwert 94,5 und einen Phenolwert 19,5, während die Probe »B« einen Jodwert 78,6 und einen Phenolwert 26 hatte.

Tabelle

Geruchsart	Geruchs schwellenwert des unbehandelten Wassers	Art	Aktivkohle zugesetzte Menge in Teilen je Millionen Teile Wasser	Geruchs schwellenwert nach Zugabe der Aktivkohle	Geruchsbeseitigung in V*
Muffig-grasig	10	A	10	3,2	69
		B	10	4,5	55
		1	10	4,5	55
		2	10	7	30
Grasig	27	A	10	7	76
		B	10 .	11	60
		1	10	7	73
		2	10	■11	60
Muffig-faulig	70	A	50	7	90
		B	50	10	85
		1	50	8 !	89
		2	50	13	81
Muffig	18	A	20	3,5	80
		B	20	5	■72
		1	20	4,5 .	75
		2	20	■ 5 ■	72
Muffig-stockig	■ 15	A	20	3	80
		B	20	5	67
		1	20	3,5	77
		2	20	4,5	70
Fischig-faulig	30	A	10	18	40
		B	10	22	27
		1	10	18	40
		2	10	18	40
Kohlenwasserstoff	12	A	10	6	50
		B	10	8	33
		1	10	6	50
		2 '	10	8	33
Kerosin, Ölraffinerie	40	A	40	7	82,5
		B	40	11	72
		1	40	9	77,5
		■ 2	40	12	70
Kerosin, Ölraffinerie	40	A	40	7,5	81
		B	40	12	70
		1	40	8,5	79
		2	40	13	67
Muffig-chemisch,	14	A	20	6,5	54
Ölraffinerie		B	20	9	36
		1	20	7,5	46
		2	20	10	29
Chemisch, Styrol	122	A	100	15	89
		B	100	16,5	85
		1	. 100	18	85
		2 .	100	20	83

Tabelle (Fortsetzung)

Geruchsart	Geruchs- schwellenwert des unbehandelten Wassers	Art	Aktivkohle zugesetzte Menge in Teilen je Millionen Teile Wasser	Geruchs schwellenwert nach Zugabe der Aktivkohle	Geruchsbeseitigung in °/o
Muffig-chemisch,	30	A	20	9	70
Ölraffinerie		B	20	11	63
		1	20	8	73
		2	20	11	63
Muffig-chemisch,	10	A	10	3.0	70
Ölraffinerie		B	JO	3.5	65
		1	10	3,0	70
		2	10	4,0	60
Muffig-stockig	6,5	A	15	3	54
		B	15	4	38
		1	15	3.2	50
		2	15	4,5	31
Muffig-pflanzlich	12.5	A	20	2,2	82
		B	20	4.5	64
		1	20	2,7	78
		2	20	4,7	62

Aus der Tabelle ist erkennbar, daß die Rindenflugasche ein hochwirksames Material zum Entfernen von geschmack- und gerucherzeugenden Stoffen aus Flüssigkeiten ist.

Rindenflugaschen-Aktivkohle ist gegenüber handelsüblichen Aktivkohlen insofern etwas ungewöhnlich, als sie in außerordentlich kurzer Zeit, d. h. in ungefähr 1 bis 5 Minuten, erzeugt wird. Als Folge dieser schnellen Aktivierung hat ein hoher Prozentsatz der Oberfläche der Kohle die Form von Mikroporen mit einem Durchmesser von 20 A oder weniger. Diese Mikroporen sind besonders wirksam hinsichtlich der Adsorption der verhältnismäßig kleinen Moleküle von phenolischen Verbindungen, die gewöhnlich Geschmack und Geruch hervorrufen. Der Prozentsatz des Oberflächenbereichs, der Poren von 20 A und weniger enthält, beträgt mehr als 90 ⁰Zo. Im Vergleich dazu beträgt bei handelsüblichen Aktivkohlen von der Wasserbehandlungsgüte der Oberflächenbereich mit Poren von 20 A oder weniger im allgemeinen etwa 50 %> oder weniger.

Während Rindenflugasche als solche eine Aktivkohle zur Wasserbehandlung oder zum Desodorieren darstellt, ist sie auch für eine Weiteraktivierung zu einer Aktivkohle zum Entfärben geeignet. Diese Weiteraktivierung kann mittels vieler Standard-Aktivierungsverfahren bewirkt werden, die zur Herstellung von entfärbenden Aktivkohlen verwendet werden.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verwendung von Flugasche, die bei der Verbrennung von mindestens 70 Vo Rinde, Zapfen und Nadeln enthaltendem Nadelholzabfall oberhalb einer Temperatur von 815⁰C erhalten worden ist, als Aktivkohle.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen