DE1542620A1 - Verfahren zur Herstellung von Aktivkohle - Google Patents

Description

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  system zu vergrössern, jedoch führt ein solches Verfahren zu

  unwirtschaftlich teuren Produkten.

  Eine Aktivierung von Torfkoks oder Braunkohle führt dagegen zu

  Aktivkohlen mit einer steilen Isotherme und mit einem relativ

  grossen Zuleitungsporensystem. Ein zu grosses Zuleitungspore n-

  system ist jedoch wegen des damit verbundenen niedrigen Schütt-

  gewichtes für viele Verwendungszwecke unvorteilhaft.

  Für die verschiedenen Verwendungszwecke der Aktivkohle, wie z.B.

  Wasserreinigung, Entfärbung, Adsorption aus der Gasphase, hetero-

  gene Katalyse usw. sind Aktivkohlen mit ganz speziellen Poren-

  systemen erforderlich. So dient beispielsweise zur Adsorption

  in der Gasphase, insbesondere bei der Z^sungsmittelrückgewinnung

  eine Aktivkohle mit einem ausgesprochenen Feinstpolensystem imd

  einem reläthr kleinen Zuleitungsporensystem. Dagegen wird für

  die heterogene Katalyse chemischer Reaktionen und zur Adsorptioz

  von Stoffen aus Gasen, die sogenannte Iarzbilder enthalten, eine

  Aktivkohle benötigt, d_e neben einem gegessen Feinstporensystem

  ein sehr grosses @'ale@@ungsporensystem enthält. Auch für die

  Wasserreinigung s@-nd Aktivkohlen mit einem genügend grossen Zu--

  leitungsporensys-em erforderlich, während für Entfärbungszwecke

  sogar die Porengrösse nach Möglichiry '- der Molekulargrösse des

  zu adsorbierenden Stoffes angepasst soll.

  Es wurde nun übe@@@:aschenderweise gefunden, dass man auf einfache

  Weise Aktivkohlen. mit ganz spezifischen. Eigenschaften, also mit

  einem ganz bestimmten Verhältniss von Zuleitungs- zu Feinstporen-

  system, durch Formung feingemahlener kohlenstoffhaltiger Materia-

  lien, Schwelung und anschliessende Aktvierung herstellen kann,

  indem man als Äusgangsmatetiglien nicht erweichende Steinkohle

  und rezente Brennstoffe oder deren Veikokungsprodukte in einer .

  Korngrösse unter 100/1x in einem solchen @sngenve?°3@1-sis mitein-

  ander mischt, dass die erhaltene Aktivkohle die ge@ünschüe Poren-

  3truktur besitzt, und die Mischung vor der Schwelung und Akti-

  vI.erung gegebenenfalls mit einem Bindemittel verformt. Als nicht

  e;:@ ._.-@ -hende Steinkohle im Sinne der vorliegenden Erfindung werden

  einerseits Steinkohlen mit weniger als 20 % und mehr als 35

  ?lüchati#gen Bestandteilen, wie z.B. Anthrazite, Mager-, Ess- und

  Ga:äilen sowie andererseits Steinkohlen mit 20 bis 35 % Flüch-

  tigen. Bestandteilen nach einer Voroxydation derselben mit Luft

  oder sauerstoffhaltigen Gasen bezeichnet. Bevorzugte Ausgangs-

  materialien für das erfindungsgemässe Verfahren sind Anthrazit,

  Magerkohle oder voroxydierte Steinkohle mit etwa 20 bis 30

  Flüchtigen Bestandteilen.

  Die Formung des feingemahlenen Gemisches kann beispielsweise

  in einer Strangpresse oder auch durch eine Pelletisierung erfol-

  gen. Wird die Mischung in einer Strangpresse verformt, so ist

  gegebenenfalls auch der Zusatz eines Bindemittels, iLe z.B. Pech

  angebracht. Für die Aktivierung kann neben Wasserdampf auch jedes

  andere gasförmige Aktivierungsmittel mit gleichem Erf@.1.g verwen-

  det werden. Ausserdem ist auch eine chemische Aktivierung mÖg-

  lich.

  Es ist äusserst überraschend, dass beim erfindungsgemässen Ver-

  fahren Produkte mit einer völlig einheitlichen Porenstruktur

  erhalten werden. Diese Porenstruktur, d.h. die Steilheit der

  Isotherme, das Verhältnis der Zuheitungs- zu den Adsorptions-

  poren usw. liegt überraschenderweise zwischen den Porenstrukturen,

  die bei Aktivierung der reinen Ausgangsmaterialien erzielt werden

  vorausgesetzt, dass bis zum gleichen Abbrand gearbeitet wird. Da

  die Ausgangsmaterialien der Mischung, z.B. voroxydierte Stein-

  kohle und rezente Brennstoffe bzw. deren Kokse bekanntlich sehr

  verschiedene Reaktionsfähigkeiten besitzen, musste erwartet wer-

  den, dass bei einer Mischung dieser Materialien zuerst die reak-

  tionsfreudigen Ausgangsstoffe bevorzugt mit dem Aktivierungsmittel reagieren würden. Holzkohle, Torfkoks oder Braunkohlen haben nämlich eine weitaus höhere Reaktionsfähigkeit gegenüber Vergasungsmitteln als Kokse aus beispielsweise Magerkohle oder voroxydierter Steinkohle. Man musste deshalb befürchten, dass Formlinge aus einer solchen Mischung bei der Aktivierung ihre Festigkeit verlieren und mehr oder weniger auseinanderfallen würden. Solche Nachteile sind z.B. von Hochofensteinen bekannt, die durch Brikettierung einer Mischung verschiedenartiger kohlenstoffhaltiger Materialien hergestellt worden sind. Beim erfindungsgemässen Verfahren treten diese Nachteile jedoch selbst bei hohem Abbrand nicht auf.
• Mit Hilfe des erfindungsgemässen Verfahrens gelingt es, durch die gezielte Auswahl der Ausgangsmaterialien und die Anwendung ganz bestimmter Mischungsverhältnisse derselben bei gleichem Abbrand Aktivkohlen mit ganz spezifischen Eigenschaften. herzustellen.
• Da man ausserdem auch noch die Höhe des Abbrandes verändern kann, eröffnet das erfindungsgemässe Verfahren die Möglichkeit, Aktivkohlen jeder gewünschten Porenverteilung gzielt herzustellen.
• An Hand der folgenden Beispiele sei das erfindungsgemässe Verfahren näher erläutert: Beispiel 1 Anthrazit (8,2 % Flüchtige Bestandteile, Sauerstoffgehalt 1,2 yö) wurde auf eine Korngrösse 100 y6 unter 100ju gemahlen, mit Pech (Erweichungspunkt nach Krämer-Sarnow 4500) angepastet und in einer Strangpresse verformt. Die Formlinge wurden 5 Stunden lang bei ansteigender Temperatur von maximal 7000C geschwelt und anschliessend mit Wasserdampf bis zu einem Abbrand von 60 yb aktiviert.

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  mit 60 -?/.ä@Ü@.äf,..,. tos .-

  -;-:@:::_ ä;. Wa und ::o-koks. durch _E`ormung mit Pech.

  kt % Anthraz- 100 80

  Torfkoks 0 20

  400 360

  l r;.ü-" bg'ewficht (g 1

  r;.

  Ge =tporenvolumen (cm3/100 g) 80 123

  Zule.tungsporenvolumen (cm3/100 g) 15 59

  Adsorptionsporenvolumen (cm3/100 g) 60 59

  Zuleit#orenvolumen 0E25 1,00

  Ädsorptionsporeä ö .umen

  Stosshärte (Gew.-96 >0,5 mm) 85 79

  Beispiel 2

  Mituft bei 23000 voroxydierte Steinkohle (22,5 16 Flüchtige Be-

  stan.4elle, Sauerstoffgehalt 3,9 %, nach Oxydation 10,8 %) und

  Torfkoks werden aif eine Korngrösse 100 % unter 100A gemahlen und

  in den Verhältnissen 90 % Steinkohle, 10 96 Torfkoks; 80 i6 Stein-

  kohle) 20 % Torfkoks; °#, °6- °'-- -,__h, .. 20 % meeft rkQ 9 . 60 %, S'tein-

  kohle, 40 % Torfkoks;40 % Steinkohle, 60 % Torfkoks; 20 % Stein-

  kohlet 80 % Torfkoks miteinander gemischt.

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  i

  i _ .

  Die einzeluen Mischungen werden mit Pech (Erweichungspunkt nach

  i

  Krämer-@3azmow 4500) angepustet und in einer Strangpresse zu Nu-

  deln geformt. Diese grünen Formlinge werden bei 80000 etwa

  5 Stunden lang geschwelt und anschliessend bei einer Temperatur

  von 900°C mit Wasserdampf bis zu einem Abbrand von 65 % vergast.

  Ausserdem werden Aktivate aus reiner voroxydierter Steinkohle und

  aus reinem Torfkoks mit 65 % Abbrand hergestellt. Die -#'igenschaf-

  ten der erhaltenen Produkte sind der Tabelle 2 zu entnehmen. Mit

  steigendem Torfkokszusatz fällt das Schüttgewicht ab, während

  entsprechend das Gesamtporenvolumen ansteigt und die Stosshärte

  sich nur leicht verringert. Die Porenverteilung ändert sich

  systematisch mit zunehmendem Torfkoksanteil im Gemisch.

  Das Zuleitungsporensystem vergrössert sich in charakteristischer

  Weise, Während das Volumen der Adsorptionsporen mit einem Poren-

  radius bis etwa 100 äE konstant bleibt. Das Porenvolumen der

  engen Poren mit Radien kleiner als 10 RE fällt dagegen wieder

  stark mit steigendem Torfkokszüsatz ab, d.h. die grossen Adsorp-

  tionsporen nehmen auf Kosten der kleinen Poren zu, bzw. die

  Isotherme Wird steiler.

  Beispiel 3 Mit Luft bei 23000 voroxydierte Steinkohle (2'7,0 % Flüchtige Bestandteile, Sauerstoffgehalt 4,7 %, nach Oxydation 11,3 Wird auf eine Korngrösse 100 9ö unter 100,u gemahlen und mit irischem Frästorf in den Verhältnissen 20 % Steinkohle und 80 i6 Torf sowie 40 % Steinkohle und 60 % Torf vermischt. Die einzelnen Mischungen werden in einer Strangpresse bindemittellos zu Nudeln gepresst. Die grünen Formlinge werden bei 600o0 etwa 5 Stunden geschwelt und anschliessend bei einer Temperatur von 900°C mit Wasserdampf bis zu einem Abbrand von 50 % vergast.
• Die Eigenschaften der erhaltenen Produkte sind der Tabelle 3 zu entnehmen. Mit steigendem Zusatz von Oxykohle bleiben das Schüttgewicht und das Zuleitungsporenvolumen zwar gleich, dagegen ändert sich das Adsorptionsporenvolumen und die Porenverteilung in charakteristischer Weise mit steigendem Anteil an Oxykohle, und zwar nimmt das gesamte Adsorptionsporenvolumen ab, während der Anteil des Porenvolumens mit engen Porenradien ansteigt.

Claims (3)

1. P a t e n t a n s p r ü c h e 1) Verfahren zur Herstellung von Aktivkohle mit spezifischen Eigenschaften durch Formung feingemahlener kohlenstoffhaltiger Materialien, Schwelung und anschliessende Aktivierung, dadurch gekennzbichnet, dass man als Ausgangsmaterialien nicht erweichende Steinkohle und rezente Brennstoffe oder deren Verkokungsprodukte in einer Korngrösse unter 1001u, in einem solchen Mengenverhältnis miteinander mischt, dass die erhaltene Aktivkohle die gewünschte Porenstruktur besitzt, und die Mischung vor der Schweleng und Aktivierung gegebenenfalls mit einem Bindemittel verformt.
2. 2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man als nicht erweichende Steinkohlen Anthrazite oder Magerkohlen mit rezenten Brennstoffen oder deren Verkokungsprodukten mischt.
3. 3) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man voroxydierte Steinkohle und Torf oder Torfkoks in einem auf die gewünschte Porenstruktur abgestimmten Mengenverhältnis miteinander vermischt.