DE1567852B2

DE1567852B2 - Verfahren zur herstellung von aktivkohle

Info

Publication number: DE1567852B2
Application number: DE1966T0032680
Authority: DE
Inventors: Yoshihirq Suita; Ichikawa Hirohiko Kyoto; Yoshida Akira Nishinomiya Masaru Takarazuka Hyogo; Matsumoto Zenji Izumiotsu; Shirai (Japan)
Original assignee: Takeda Chemical Industries Ltd
Current assignee: Takeda Pharmaceutical Co Ltd
Priority date: 1965-12-06
Filing date: 1966-12-06
Publication date: 1977-05-12
Also published as: NL6617100A; US3676365A; DE1567852A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Aktivkohle, bei dem Holzmaterial mit einem Aktivierungsmittel, wie Zinkchlorid, imprägniert und unter Carbonisierung erhitzt wird.

Verfahren zur Herstellung von Aktivkohle, wobei das mit einem Aktivierungsmittel, wie z. B. Zinkchlorid, getränkte Holze unter Hitze verkohlt und anschließend das anfallende Produkt aktiviert wird, sind bekannt. Gemäß diesen herkömmlichen Verfahren wird ein Umlaufbrennofen oder eine ähnliche Vorrichtung mit Holzmaterial beschickt, das mit dem Aktivierungsmittel getränkt ist und mit Hilfe eines Gegenstroms aus heißer Luft oder heißen Gasen verkohlt oder aktiviert. Dabei verwandelt sich das aktivierungsmittelgetränkte Holzmaterial beim Durchlaufen durch den Brennofen vom nassen zum schleimigen und anschließend in den harzigen Zustand. Das daraus resultierende verkohlte Produkt wird in der Endstufe des Brennofens aktiviert. Bei diesem Verfahren wird jedoch das verkohlte Holzmaterial während der Umwandlung vom nassen in den schleimigen und harzartigen Zustand zu klebrig, daß es sich an die Wandung des Brennofens ansetzt, wodurch eine gleichmäßige Verkohlung und Aktivierung erschwert werden. Das klebrig werdende Material ballt sich weiterhin zu Klumpen von mehr als 2 cm Durchmesser, deren innere Anteile im anschließenden Verfahren nicht ausreichend aktiviert werden können, so daß eine gleichmäßige Aktivkohle guter Qualität nicht gewonnen wird.

Hinzu kommt, daß der Volumenwirkungsgrad des

Brennofens sehr niedrig ist, wobei der Wert -y ungefähr 15% beträgt. V ist das Innenvolumen des Brennofens und ν ist das Volumen des darin behandelten Inhalts. Der größere Anteil der zugeführten heißen Gase ist demgemäß ohne innige Berührung mit dem unter Behandlung stehenden Material, und das Gas muß unter einer beträchtlich höheren Temperatur durchgeführt werden, als die Temperatur für die Aktivierung beträgt und die oft höher als der Siedepunkt des Aktivierungsmittels liegt. Die Temperaturerhöhung der zugeführten Gase verursacht jedoch eine Zunahme der Verdampfung des Aktivierungsmittels, und der niedrige Volumennutzeffekt des Ofens hat das Entweichen eines Großteils des Aktivierungsmittels zusammen mit den

ίο Abgasen aus dem Brennofen zur Folge. Zwecks Rückgewinnung des abgeführten Aktivierungsmittels müßte eine großräumige Wiedergewinnungsanlage vorgesehen werden, die aufgrund des giftigen Inhalts der Gase, bei unvollständiger Wiedergewinnung, eine Gefahr für die Öffentlichkeit darstellt.

Die Verkohlung und Aktivierung kann in einem einzigen Ofen durch aufeinanderfolgende individuelle Beschichtung erfolgen. In diesem Fall kann also kein kontinuierlicher Betrieb durchgeführt werden und Aktivkohle von gleicher Qualität, wie in einem Umlaufbrennofen, wird nicht gewonnen. Da fernerhin die Wärme von außen zugeführt werden muß, ist viel Arbeitsaufwand nötig und der Wärmewirkungsgrad schlecht. Demzufolge eignen sich diese Verfahren nicht für eine Massenproduktion.

Auch hat man bereits zur Herstellung von Aktivkohle mit Calciumacetat imprägniertes Holzmaterial auf über 1000° C in Retorten erhitzt, wobei jedoch die vorstehend geschilderten Nachteile der Haftung von Material an den Wandungen und der Ungleichmäßigkeit des Produktes eintreten.

Nach einem anderen Verfahrenstyp erfolgt die Aktivkohleherstellung durch Gasaktivierung des Rohmaterials unter Anwendung von Wassergas bei hohen Temperaturen, was jedoch relativ unwirksam und aufwendig ist.

Ferner ist bekannt, aktivierbare Kohle aus hochsiedenden Kohlewasserstoffmaterialien, wie Kohlenteer, Wassergasteer, Ölgasteer, herzustellen, wobei das Ausgangsmaterial in eine von außen beheizte Kammer gebracht wird und Luft eingeblasen wird. Eine spätere Aktivierung erfolgt in getrennter Vorrichtung.

Nach einem weiteren Verfahren vom Typ der Gasaktivierung wird Entfärbungskohle, die zur Reinigung oder Entfärbung von Zuckermaterialien eingesetzt wird, hergestellt. Dabei wird bereits carbonisiertes pflanzliches Material in einem Elektroofen hoch erhitzt und gleichzeitig mit scharfen Strahlen von Wasserdampf, Kohlendioxid, Luft oder anderen Gemischen behandelt.

Ein anderes bekanntes Verfahren zur Herstellung von als Gasmaskenabsorbens geeigneter Aktivkohle umfaßt die Imprägnierung von Cellulosematerial mit Zinkchlorid, Erhitzen auf 120 bis 145⁰C bei definierter Erwärmungsgeschwindigkeit, Abbruch der Erhitzung, Kompaktierung der Masse zu geeigneter Größe, Erhitzen, Granulieren und Calcinieren.

Auch hat man schon fein zerteilte kohlenstoffhaltige Feststoffe zur Herstellung flüchtiger Produkte, wie z. B.

Leichtöl, Teer, Kohlengas, Generatorgas usw. bei Temperaturen nicht unterhalb deren plastischem Bereich gehandelt, wobei die frische Charge wenigstens auf diesen plastischen Bereich durch Vermischen mit nichtplastifizierenden Feststoffen vorerhitzt wird. Es findet jedoch weder eine Herstellung von Aktivkohle noch eine chemische Aktivierung statt.

Aufgabe der Erfindung ist ein neues und nützliches Verfahren zur Herstellung von Aktivkohle, durch das

die erwähnten Nachteile beseitigt werden, eine Haftung des Materials an der Ofenwandung oder eine Zusammenballung zu nachteiligen groben Klumpen vermieden wird, ein Verlust an Aktivierungsmittel weitgehend verhindert wird und ein gleichmäßiges Produkt erzielt wird.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Aktivkohle, bei dem Holzmaterial mit einem Aktivierungsmittel, wie Zinkchlorid, imprägniert und unter Carbonisierung erhitzt wird, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das mit dem Aktivierungsmittel imprägnierte Holzmaterial zu einer Verweilzeit von mindestens 15 min kontinuierlich in eine Carbonisierungszone eingeführt wird, die fortlaufend mit carbonisiertem Material beschickt ist, das anfänglich außerhalb hergestellt wird und anschließend innen erzeugt wird, das imprägnierte Material mit dem carbonisieren Material unter Anwendung mechanischer Mittel gleichmäßig gerührt wird und durch Zufuhr heißer Gase im Gegenstrom aufgewirbelt und auf eine Temperatur von 150 bis 350° C erhitzt und carbonisiert wird, worauf das erhaltene carbonisierte Produkt aus der Carbonisierungszone mit konstanter, der Zufuhr des aktivierungsmittelimprägnierten Holzmaterials entsprechenden Strömungsgeschwindigkeit in eine Aktivierungszone überführt wird und dort unter Bewegung mit mechanischen Mitteln bei wenigstens 400°C aktiviert wird, wobei das Gas aus der Aktivierungszone der Carbonisierungszone wieder zugeführt wird und das aktivierte Material aus der Aktivierungszone konstant abgezogen wird.

Besonders günstig im Hinblick auf die Erzielung einer gleichmäßigen Aktivkohle aus dem erwähnten verkohlten Produkt ist es, das in der Verkohlungszone vorhandene verkohlte Material auf 200 bis 300° C zu erhitzen.

Ferner ist es vorteilhaft, daß das aktivierungsmittelgetränkte Holzmaterial 30 bis 120 min in der Verkohlungszone verbleibt. Dadurch wird insbesondere ein Verlust an Aktivierungsmittel größtenteils verhindert, so daß eine Vorrichtung zur Wiedergewinnung des verbrauchten Aktivierungsmittels nicht notwendig ist oder nur klein gehalten werden kann.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich dadurch, daß die Verkohlungszone und die Aktivierungszone zu einer Einheit zusammengefaßt sind, so daß die generelle Konstruktion mit einem Mindestmaß ausgelegt werden kann, und mit sehr großem Wirkungsgrad die Verkohlung und Aktivierung kontinuierlich erfolgen.

Durch den mit verkohltem Material beschickten Ofen, das mittels der im Gegenstrom zugeführten heißen Gase und unter gleichmäßigem Rühren auf 150 bis 350° C gehalten wird, wird das aktivierungsmittelimprägnierte Holzmaterial erfindungsgemäß mit einer solchen konstanten Durchlaufgeschwindigkeit gefördert, daß das zugeführte Material wenigstens 15 min im Ofen bleibt. Das verkohlte Material, welches bei dieser Durchlaufgeschwindigkeit aus dem Ofen austritt, wird dann beim nachfolgenden Verfahrensschritt aktiviert, um das erwünschte gleichmäßige Produkt dieser Erfindung entweder gesondert oder sofort anschließend zu gewinnen.

j Eines der besonderen Merkmale dieser Erfindung ! besteht darin, daß das aktivierungsmittelgetränkte ;; Holzmaterial fortlaufend mit einer vorbestimmten ii konstanten Durchlaufgeschwindigkeit durch das ver-I kohlte Material hindurchgeführt wird, welches im Ofen lagert und in seinem Zustand bei einer vorbestimmten erhöhten Temperatur unter gleichmäßigem Durchrühren erhalten wird. Während dieses Vorgangs verkohlt das zugeführte Holzmaterial schnell, während es sich mit dem bereits verkohlten, nicht klebrigen, trockenen Material, mit dem der Ofen beschickt ist, vermischt. Das daraus anfallende Produkt dient seinerseits als weiteres Medium zur Verkohlung des Holzmaterials, das nachfolgend zugeführt wird. Folglich wird das verkohlende Holzmaterial dauernd in einem Zustand gehalten, in dem es während der Verkohlung insgesamt betrachtet trocken ist, nicht an den Ofenwänden haftet oder sich ballt. Das weitere zugeführte Material kann daher aus anfänglichen nassen, durch einen breiigen Zustand hindurch, ohne Nachteile in den nichthaftenden, körnigen Zustand umgewandelt werden, der das verkohlte Produkt ergibt. Eine derartige Umwandlung des Zustands vollzieht sich ziemlich rasch, und zwar auf Grund der Anwesenheit des bereits verkohlten, trockenen grobkörnigen Materials in großer Menge. Das Phänomen dieser sofortigen Veränderung des Zustands beruht im umgerührten verkohlten Material, so daß das verkohlende Holzmaterial offensichtlich als Ganzes in einem geeigneten, trockenen Zustand gehalten wird.

Um das verkohlende Holzmaterial während des gesamten Vorlaufs der kontinuierlichen Verkohlung in einem geeigneten trockenen, grobkörnigen Zustand zu halten, muß das verkohlte Material, das als Verkohlungsmedium dient, unter gleichmäßigem Umrühren auf 150 bis 350° C gehalten werden, und das in Verkohlung begriffene Holzmaterial muß wenigstens 15 min im Ofen bleiben. Das daraus resultierende verkohlte Erzeugnis wandert auf Grund seines eigenen Gewichts und mit einer konstanten Fließgeschwindigkeit in die Aktivierungszone, während es in der Verkohlungszone als Mittel zur anschließenden Verkohlung des laufend nachgeführten Holzmaterials dient. Ein gesteuerter Betrieb dieser Art ergibt im Durchschnitt gleichmäßig verkohlte Körnchen von ungefähr 0,5 bis 5 mm Durchmesser.

Eine weitere Besonderheit der Erfindung besteht darin, daß die Verkohlungszone und die Aktivierungszone zu einer kontinuierlich arbeitenden Einheit zusammengefaßt sind. Folglich sind die Abmessungen der gesamten Vorrichtung auf ein Mindestmaß reduziert; Verkohlungs- und Aktivierungsvorgang werden fortlaufend durchgeführt; das verkohlte Erzeugnis wird der Aktivierung unterworfen, während es heiß ist, und die Abgase aus der Aktivierungszone können direkt für die Verkohlung in der Verkohlungszone verwendet werden, wodurch die wirksame Nutzung der Wärme und eine beachtliche Steigerung des Wirkungsgrades der Vorrichtung als Ganzes ermöglicht ist. Demgemäß brauchen die Gase nicht übermäßig heiß zugeführt werden, sondern mit einer Temperatur, die wesentlich unterhalb des Siedepunktes des verwendeten Aktivierungsmittels liegt, und die Verdampfung des Aktivierungsmittels wird auf ein Mindestmaß beschränkt; die Temperatur in der Verkohlungszone ist niedriger als die in der Aktivierungszone. Weiterhin hann der verdampfte Anteil der Aktivierungsgase automatisch durch Kondensation in der Verkohlungszone zur weiteren Aktivierung in der Aktivierungszone verwendet werden. Somit ist das Entweichen des verbrauchten Aktivierungsmittels klar unterbunden, wodurch eine Vorrichtung für die Rückgewinnung des verbrauchten Aktivierungsmittels aus den Abgasen überflüssig wird

oder zumindest sehr klein gehalten werden kann.

Für die Produktion gemäß der Erfindung kann jegliches Holz verwendet werden, das auf geeignete Größe verkleinert ist, jedoch ist Sägemehl am vorteilhaftesten. Dieses wird üblicherweise auf einen Feuchtigkeitsgehalt von weniger als 30 Gew.-% und vorzugshalber auf nicht mehr als 20 Gew.-% vorgetrocknet. Die gemäß der Erfindung verwendeten Aktivierungsmittel sind Zinkchlorid, Phosphorsäure und dgl. bekannte Mittel, von denen sich Zinkchlorid am besten eignet. Dieses Mittel wird dem Holzmaterial üblicherweise in einer Menge zugesetzt, die sich aus einem weiten Bereich, je nach den an das erwünschte aktivierte Erzeugnis gestellten Anforderungen ergibt, und die üblicherweise das 1,5- bis 3,5fache des Gewichts des getrockneten Holzmaterials beträgt.

Zum besseren Verständnis der Erfindung werden die bevorzugten Ausführungsbeispiele für die Anwendung desselben unter Zugrundelegung der Zeichnungen beschrieben.

Es zeigt

F i g. 1 einen senkrechten Schnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform für die Verkohlungsvorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, F i g. 2 einen Querschnitt längs der Linie I-I in F i g. 1,

Fig.3 einen senkrechten Schnitt durch eine der bevorzugten Ausführungsformen für eine kombinierte Verkohlungs- und Aktivierungseinheit zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, F i g. 4 einen Schnitt längs der Linie H-II in F i g. 3,

F i g. 5 einen senkrechten Schnitt durch eine weitere bevorzugte Ausführungsform der kombinierten Verkohlungs- und Aktivierungseinheit zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und F i g. 6 einen Schnitt längs der Linie II I-I 11 der F i g. 5.

In der Verkohlungsvorrichtung gemäß F i g. 1 und 2 ist eine Verkohlungszone 1, die in der vorliegenden Ausführungsform ein Ofen aus Stahl oder anderem geeigneten Material ist, mit feuerfestem Material 2, wie z. B. Chamotte-Steinen, ausgelegt. Der dargestellte Ofen ist trichterförmig, doch braucht die Form des Ofens nicht auf die dargestellte Form beschränkt zu werden. In einem Deckel 3, der am oberen Ende des Ofens befestigt ist, sind ein Holzmaterialeinlaß 4 und ein Abgasauslaß 5 vorgesehen, deren untere Enden zur Ofenverkohlungszone 1 hin öffnen und deren andere Enden mit einem Holzmaterialzuführungsmechanismus bzw. dem Gasauslaßmechanismus, ζ. Β. einem nicht dargestellten Ventilator, verbunden sind. In der Längsachse des Ofens verläuft eine Welle 6 mit einer Anzahl radial verlaufender Rührschaufeln 7, die vom Gestänge 8 getragen werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist jede der Rührschaufeln 7 so ausgebildet, daß die Arbeitsflächen in einem Winkel 45° in Drehrichtung gesehen angestellt sind, so daß die Rührschaufeln 7 waagerecht und senkrecht auf das nach unten abwandernde Holzmaterial einwirken. Da das Holzmaterial im Ofen auch durch die Einwirkung der dadurch nach oben streichenden heißen Gase agitiert wird, brauchen die Rührschaufeln 7 nicht notwendigerweise in einem Winkel angestellt sein. Ihre Anzahl, Stellung, Richtung und Neigung können somit je nach Erfordernis ausgebildet werden. Damit das verkohlende Holzmaterial nicht an der Wandung des Ofens klebt, sind die Rührschaufeln 7 jedoch so konstruiert, daß ihre Enden so nahe wie möglich an der Wandung des Ofens entlangstreichen. Zur Förderung einer nach oben auftretenden Bewegung des im Ofen behandelten Holzmaterials können auch schneckenartige Rührwerke verwendet werden. Am oberen Ende der durch den Deckel 3 verlaufenden Welle 6 ist ein nicht dargestellter, geeigneter Antriebsmechanismus befestigt, und die Wellendurchführung wird durch die Dichtung 9 abgedichtet. In die Wandung eines Öffnungsstutzens 10 des trichterförmigen Ofens ist ein Heißgaseinlaß 11 mit einem Reglerventil 12 eingesetzt. Am unteren Ende des Öffnungsstutzens 10, in dessen Verlauf ein Reglerventil

ίο 14 installiert ist, befindet sich ein Auslaß 13 für das verkohlte Erzeugnis. Ein Thermostat 15, der an geeigneter Stelle im Ofen eingebaut ist, ist so eingestellt, daß die Innentemperatur des Ofens auf einer vorbestimmten Höhe gehalten wird, wobei er über einen elektrischen, nicht dargestellten Mechanismus die Zufuhr der durch den Einlaß 11 strömenden heißen Gase regelt.

Zu Beginn der Verkohlung ist das Regelventil 14 geschlossen und der Ofen wird mit bereits verkohltem

ίο Material beschickt, das außerhalb zubereitet wurde. Dann werden die Rührschaufeln 7 mittels der Welle 6 in Betrieb gesetzt, während gleichzeitig die heißen Gase über den Heißgaseinlaß 11 zugeführt werden. Wenn das zugeführte, verkohlte Material von diesen Gasen auf eine Temperatur zwischen 150 bis 35O⁰C, vorzugsweise auf 200 bis 300⁰C, erhitzt ist, wird das aktivierungsmittelgetränkte Holzmaterial über den Holzeinlaß 4 zugegeben und das Regelventil 14 geöffnet, so daß das verkohlte Erzeugnis aus dem Ofen austreten kann. In diesem Fall sollte die Durchlaufgeschwindigkeit des zugeführten Holzmaterials und die des verkohlten Produkts, welches letzteres aus dem Ofen unter Schwerkraft austritt, so geregelt sein, daß weder zu viel Holzmaterial zugeführt wird oder zu viel des verkohlten Erzeugnisses abgeführt wird. Dieses Verhältnis sollte weiterhin dahin geregelt werden, daß das Holzmaterial wenigstens 15 Minuten lang im Ofen verbleiben kann. Wenn die geeignete Durchlaufgeschwindigkeit jedoch einmal eingestellt worden ist, braucht nicht weiter geregelt zu werden und die Verkohlung erfolgt kontinuierlich in sehr zufriedenstellender Weise. Außerdem wird die Füllung im Ofen konstant hoch gehalten.

Das zugeführte aktivierungsmittelimprägnierte Holzmaterial wird fast augenblicklich verkohlt, sobald es mit dem verkohlten Material gemischt wird, das in großen Mengen im Ofen vorhanden ist und bei einer vorbestimmten Temperatur gleichmäßig gerührt wird. Daraus folgend wird das verkohlende Holzmaterial dauernd trockengehalten und am Festkleben an der Wandung des Ofens oder an der Zusammenballung in hinderliche, grobe Klumpen vermieden. Dadurch, daß man das verkohlende Holzmaterial 15 Minuten oder länger im Ofen läßt, kann die Innentemperatur des Ofens leicht konstant gehalten werden, und das daraus resultierende Verkohlungserzeugnis dient als Medium, welches die Verkohlung des ständig zugeführten Holzmaterials erleichtert. Das Verkohlungsprodukt wird dann über einen Auslaß 13 des Ofens mit einer konstanten Durchlaufgeschwindigkeit — entsprechend der des über dem Hoizeinlaß 4 zugeführten Holzmaterials — abgeführt. Die Regelung der Innentemperatur des Ofens kann leicht dadurch bewerkstelligt werden, daß das zu verkohlende Holzmaterial unbeschränkt lange im Ofen verbleiben darf. Vom wirtschaftlichen Standpunkt aus gesehen sollte jedoch die Aufenthaltsdauer im Ofen 180 Minuten nicht überschreiten, wobei der gewünschte Bereich zwischen 30 bis 120 Minuten und der kleinstzulässige bei etwa 15 Minuten liegen.

Sauerstoffhaltige Gase, wie ζ. Β. Luft, können bei dieser Erfindung als Verkohlungsgas verwendet werden, um das Verbrennen des verkohlenden Holzmaterials jedoch zu vermeiden, sind Gase wie z. B. Stickstoff oder dergleichen inerte Gase, die keinen Sauerstoff enthalten, vorzuziehen. Der Ofen wird mit Material beschickt, das außerhalb verkohlt worden ist und in demselben unter großer Volumenwirksamkeit verkohlt wird, wobei das Verkohlungsgas unter normaler Verkohlungstemperatur zugeführt wird. In der Praxis jedoch wird die Temperatur unter Berücksichtigung der Aufenthaltsdauer des verkohlenden Holzmaterials und weiterer Faktoren, wie der Form und der Qualität des zugeführten Holzmaterials, bestimmt. Sauerstoffhaltige Gase wie Luft sollten sparsam verwendet werden, um ein Verbrennen des unter Verkohlung stehenden Holzmaterials zu vermeiden. Gase ohne Sauerstoff können verhältnismäßig hohe Temperaturen haben, damit die Innentemperatur des Ofens zwischen 150 bis 350° C bleibt. Die Zustrommenge heißer Gase wird durch die Handhabung des Regelventils 12 oder automatisch durch den Thermostat-Mechanismus geregelt, so daß die Verkohlungstemperatur konstant bleibt.

In Fig.3 und 4 sind für gleiche Teile mit gleicher Funktion die gleichen Bezugszahlen wie in F i g. 1 und 2 beibehalten worden. Die Verkohlungszone 1, die bei diesem Ausführungsbeispiel ein zylindrischer Ofen ist, ist mit einer Aktivierungszone 16 kombiniert, die ebenfalls ein zylindrischer Ofen gleicher Größe und gleichen Durchmessers ist. Die Wandungen dieser Öfen sind, wie in F i g. 1 und 2, mit feuerfesten Schamotte-Steinen 2 ausgelegt, mit Ausnahme des sich unten anschließenden Abschnitts 17 der Aktivierungszone 16. Dieser Abschnitt 17 wird zur Abkühlung des durchlaufenden aktivierten Produktes verwendet. Zum Zwecke des gleichmäßigen Rührens des in der Verkohlungszone 1 befindlichen Materials ist ein trichterförmiger Einsatz 18 mit einem Durchlaß 19 zum Durchlassen des verkohlten Produktes am unteren Ende der Verkohlungszone 1 eingesetzt. Dieser Einsatz 18 dient weiterhin der gleichmäßigen Zuführung der Verkohlungsgase und der verwendeten Aktivierungsgase in die Verkohlungszone 1. Bezüglich dieser Gase wird auf das verwendete Aktivierungsgas noch an späterer Stelle Bezug genommen; das Verkohlungsgas wird über zwei Heißgaseinlässe 11, von gleicher Konstruktion wie die in F i g. 1 und 2, zugeführt. In jedem Endabschnitt der Wandung der Verkohlungszone 1 befinden sich je ein Heißgaseinlaß, die so angeordnet sind, daß ihre öffnungen an der Unterseite des trichterförmigen Einsatzes 18 münden.

In der Längsachse des Verkohlungsofens verläuft eine Welle 6, die durch die Dichtung 9 abgedichtet wird. Die Konstruktion derselben ist gleich der in den F i g. 1 und 2, und das obere Ende der Welle ist an einen nicht dargestellten, geeigneten Antriebsmechanismus angeschlossen. An dieser Welle 6 sind radial verlaufende Rührschaufeln 7 befestigt, deren Konstruktion und Zweck gleich denen, wie die in Zusammenhang mit F i g. 1 und 2 beschriebenen, sind.

In der Längsachse des Aktivierungsofens verläuft eine weitere Welle 20, deren unteres Ende durch die Bodenwandung des Aktivierungsofens hindurchragt. Diese Welle wird mittels einer Dichtung 21 abgedichtet und ist mit einem nicht dargestellten, geeigneten Antriebsmechanismus verbunden. An dieser Welle 20 sind ein radiales Stabrührwerk 22 bildende Stäbe befestigt, wobei die Enden der Stäbe nach oben gebogen sind und ebenfalls möglichst nahe der Wand des Aktivierungsofens 16 umlaufen, so daß das nach unten wandernde verkohlte Produkt daran gehindert wird, sich während der Aktivierung an der Wandung des Aktivierungsofens anzusetzen. An der Welle 20 ist eine radial angeordnete Abräumplatte 23 angebracht, die unmittelbar über dem Boden einer Kühlzone 17 umläuft, um die Abgabe des aktivierten Produkts durch den Auslaß 24 zu fördern, der im Boden der Kühlzone 17 installiert ist und ein Regelventil 25 besitzt. Das Aktivierungsgas wird dem Aktivierungsofen über zwei Einlasse 26 zugeführt, die im unteren Endabschnitt der Wandung des Aktivierungsofens eingebaut sind und ein Reglerventil 27 aufweisen.

In den Fig.5 und 6 sind ebenfalls die gleichen Bezugszahlen für die gleichen Teile mit gleicher Funktion, wie in F i g. 1 bis 5, verwendet worden. Der Verkohlungsofen ist wie in Fig.3 und 4 mit dem Aktivierungsofen zu einer Einheit kombiniert, wobei in geeigneter Weise zwei Heißgaseinlässe 11 zwischen beiden Öfen installiert sind. In diesem Ausführungsbeispiel hat jedoch der Verkohlungsofen wesentlich größeren Innendurchmesser als der Aktivierungsofen, weshalb sich der untere Abschnitt der Wandung des Verkohlungsofens nach unten hin verjüngt, um einen Öffnungsquerschnitt zu erreichen, der mit dem Anschluß des Aktivierungsofens übereinstimmt. Wie der Verkohlungsofen ist auch der Aktivierungsofen vollkommen mit feuerfestem Schamott ausgekleidet.

Als weitere Änderung ist die Welle 28 mit den Rührschaufeln 7 hohl und eine weitere Welle 29 in diese eingesetzt, die den Antrieb des Stabrührwerks 22 vornimmt. Das obere Ende beider Wellen 28 und 29 ist an einem nicht dargestellten, geeigneten Antriebsmechanismus angeschlossen. Der Aktivierungsofen weist nahe der Bodenfläche einen trichterförmigen Führungsteil 30 mit einem Stutzen 31 auf, der durch den Boden des Aktivierungsofens hindurchragt und an dem ein Regelventil 25 installiert ist. Ein Aktivierungsgaseinlaß 26 ist so im unteren Wandabschnitt des Aktivierungsofens eingebaut, daß er in eine Kammer 32 führt, die vom trichterähnlichen Führungsteil 30 und von der Bodenteilwandung des Aktivierungsofens gebildet wird. Das trichterförmige Führungsteil 30 ist weiter mit einer Anzahl von Rohrstutzen 33 versehen, deren öffnungen 34 tangential in den Aktivierungsofen gerichtet sind.

In den in den F i g. 3 bis 6 dargestellten Vorrichtungen wird das über den Holzeinlaß 4 zugeführte aktivierungsmittelgetränkte Holzmaterial verkohlt, während es sich unter gleichmäßigem Rühren im Verkohlungsofen 1 mit dem verkohlten Material vermischt, wie dies in Verbindung mit den in F i g. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben worden ist. Das daraus resultierende verkohlte Produkt sinkt dann allmählich infolge seines Eigengewichts in diesen Aktivierungsofen, um dann schließlich wiederum infolge des Eigengewichts das gesamte System durch die Auslässe 24 oder 31 zu verlassen. Während dieses Absinkens durch den Aktivierungsofen wird das verkohlte Produkt mittels des im Gegenstrom über den Einlaß 26 zufließenden Aktivierungsgases vollends aktiviert. Die angewandte Aktivierungstemperatur ist gewöhnlich ca. 400°C. Aufgrund des verbesserten Wirkungsgrades des gesamten Systems wird das Aktivierungsgas unter einer Temperatur zugeführt, die im wesentlichen gleich oder geringfügig höher als die angelegte Aktivierungstemperatur ist. Das Aktivierungsgas braucht nicht auf eine Temperatur erhitzt zu

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werden, die höher liegt als der Siedepunkt des verwendeten Aktivierungsmittels. Wenn z. B. als Aktivierungsmittel Zinkchlorid verwendet wird, liegt die nutzbringende, auf das Aktivierungsgas angewandte Temperatur ungefähr zwischen 400 bis 700⁰C. Da nun somit die für das Aktivierungsgas angewandte Temperatur niedriger liegt als der Siedepunkt des verwendeten Aktivierungsmittels, ist die Verdampfung des Aktivierungsmittels größtenteils unterbunden. Weiterhin wirkt das nach oben strömende Aktivierungsgas, das verdampft, im Gegenstromprinzip auf das verkohlte Produkt, das durch eigenes Gewicht nach unten wandert und strömt in Verbindung mit dem vom Heißgaseinlaß 11 kommenden Verkohlungsgas in den Verkohlungsofen, so daß das verbrauchte Aktivierungsgas als zusätzliches Mittel zur Verkohlung des ständig nachfließenden Holzmaterials verwendet werden kann. Der verdampfte Anteil des nach oben strömenden Aktivierungsmittels wird weiterhin im Verkohlungsofen kondensiert, da der Verkohlungsofen auf einer Temperatur gehalten wird, die wesentlich niedriger als die des Aktivierungsofens ist. Der auf diese Weise kondensierte Anteil strömt in Verbindung mit dem abwärts wandernden verkohlten Produkt nach unten, um dort im Aktivierungsofen als Aktivierungsmittel zu wirken, so daß die Menge des Aktivierungsmittels, welche das System über den Abgasauslaß 5 verläßt, unwesentlich ist und eine Vorrichtung zur Rückgewinnung dieses Mittels fast unnötig gemacht oder auf ein kleinstmögliches Maß reduziert werden kann.

Das aktivierte Produkt wandert durch sein eigenes Gewicht nach unten und verläßt schließlich das System mit einer konstanten Geschwindigkeit, die der des ständig nachgeführten Holzmaterials entspricht. Aus dem so erhaltenen Produkt wird dann das restliche Aktivierungsmittel durch Wasser entfernt und gemäß herkömmlichen Verfahren getrocknet, wobei die gewonnenen Aktivkohlenkörnchen im wesentlichen die gleiche Größe aufweisen, wie das verkohlte Zwischenprodukt. Das anfallende Produkt kann gemäß der Verwendungsmöglichkeiten weiter zu feineren Teilchen pulverisiert werden.

Das kombinierte Verkohlungs-Aktivierungssystem dieser Erfindung ermöglicht nicht nur die Verkohlung und Aktivierung in kontinuierlicher Weise, sondern reduziert die Vorrichtung als Ganzes gesehen auf verhältnismäßig kleine Abmessungen, nützt die angewandte Wärme wirksamer aus und beschränkt den Verlust des Aktivierungsmittels auf ein kleinstmögliches Maß.

Zum weiteren Verständnis der Prinzipien dieser Erfindung sind nachstehend die bevorzugten Beispiele offenbart, in denen alle Angaben über Anteile und Prozente auf das Gewicht bezogen sind.

Beispiel 1

Ein Teil Sägemehl mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 20% wurde mit vier Teilen einer wäßrigen 6O°/oigen Zinkchloridlösung, die einen geringen Anteil Salzsäure enthielt, getränkt.

Der in F i g. 1 und 2 dargestellte Verkohlungsofen wurde zum anderen mit 8001 verkohlten Materials beschickt, das außerhalb zubereitet wurde. Das eingeführte Material wurde gleichmäßig mit 25 Umdrehungen pro Minute gerührt, während über den Heißgaseinlaß 11 heiße Gase mit einer Temperatur von 500° C und einer Fließgeschwindigkeit von 1500 Nm³ pro Stunde durch die Füllung strömten.

Als die Innentemperatur des Ofens ungefähr 300°C erreichte, wurde der Ofen 1 über den Einlaß 4 mit obigem aktivierungsmittelimprägnierten Sägemehl mit einer Fördergeschwindigkeit gleich 750 kg pro Stunde beschickt. Die Abgase verließen den Ofen durch den Gasauslaß 5 mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 50 cm pro Sekunde und einer Temperatur von 250⁰C. Das laufend nachgeführte aktivierungsmittelgetränkte Sägemehl wurde dauernd in das vorher eingeführte verkohlte und im Ofen verkohlte Material gemischt. Die Verkohlung vollzog sich ziemlich rasch und fortlaufend im Ofen, der auf einer Temperatur von 270⁰C gehalten wurde, ohne daß das verkohlende Holzmaterial an der Wandung des Ofens festbackte oder sich in hinderlichen Klumpen zusammenballte. Das daraus resultierende Produkt verließ den Ofen durch den Auslaß 13 mit einer Fördergeschwindigkeit gleich 450 kg pro Stunde. Die Ausbeute des erwünschten, verkohlten Produkts betrug 70% an Körnchen mit Größen von 5,0 bis 1,5 mm Durchmesser und ungefähr 30% an Körnchen von 1,5 bis 0,5 mm Durchmesser. Das Gesamtgewicht betrug ungefähr ²/3 des ursprünglichen Gewichts des zugeführten Holzmaterials.

²S . Beispiel 2

Ein Teil Sägemehl mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 20% wurde mit vier Teilen einer wäßrigen 60%igen Zinkchloridlösung, die eine kleine Menge an Salzsäure enthielt, getränkt.

Der Verkohlungsofen und der Aktivierungsofen, der in F i g. 3 und 4 oder F i g. 5 und 6 dargestellten Verkohlungs-Aktivierungseinheit wurden mit 1,3 m³ außerhalb zubereiteten verkohlten Materials beschickt.

Anschließend wurden Verkohlungsgase mit einer Temperatur von 500⁰C durch den Heißgaseinlaß 11 mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 1250Nm³ pro Stunde und Aktivierungsgase mit einer Temperatur von 68O⁰C über den Einlaß 26 mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 250 Nm³ pro Stunde zugeführt, während das Rührwerk im Verkohlungsofen mit 25 Umdrehungen pro Minute und das Rührwerk im Aktivierungsofen mit 3 Umdrehungen pro Minute lief. In das so aufbereitete System wurde dann durch den 'Holzeinlaß 4 das obige aktivierungsmittelgetränkte Sägemehl mit einer Fördergeschwindigkeit gleich 750 kg pro Stunde eingeführt. Das aktivierte Produkt verließ das System mit einer Fördergeschwindigkeit gleich 420 kg pro Stunde, wobei die Innentemperatur ungefähr 550⁰C betrugen. Es erfolgte keinerlei Haftung oder Zusammenballung des unter Verkohlung stehenden Sägemehls, und das Produkt wurde im wesentlichen kontinuierlich aus dem System abgeführt. Die anfallende Aktivkohle wurde anschließend zur Entfernung des darin verbliebenen Aktivierungsmittels mit Wasser ausgelaugt und getrocknet. Die Ausbeute der Aktivkohle mit Körnchen von 2,5 bis 5 mm Durchmesser betrug ungefähr 30% und die der Körnchen von weniger als 2,5 mm Durchmesser war ungefähr 70%.

Die so erhaltene Aktivkohle wurde anschließend dem Farbentziehungstest unterworfen, der gemäß der japanischen Industrienorm K-1426 durchgeführt wurde. Genauer gesagt, wurden 0,1 g des getrockneten Aktivkohlepulvers in einen 40-ml-Kolben gebracht und Karamelflüssigkeit wurde zugesetzt. Nach 15minütigem Rühren bei Zimmertemperatur wurde die Mischung filtriert und das Filtrat 45 Millimeter tief in das Farbvergleichsrohr des Duboscqschen-Kolorimeters

egossen. Zum Vergleich wurde das auf die gleiche /eise zubereitete, wie obig beschriebene aktivierungslittelgetränkte Sägemehl in den herkömmlichen Jmlaufbrennofen gegeben und 60 Minuten lang einem jegenstrom von heißen Gasen mit einer Temperatur on 1000° C ausgesetzt. Das resultierende Produkt, das ι Form von feinen bis groben Körnchen anfiel, deren

größtes 10 cm Durchmesser aufwies, wurde anschließend pulverisiert und dem obig beschriebenen Farbentziehungstest unterworfen. Die Farbentziehung in °/o ausgedrückt war wie folgend:

Gemäß der Erfindung gewonnene Aktivkohle: 97—99 Herkömmlich gewonnene Aktivkohle: 70—95

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Herstellung von Aktivkohle, bei dem Holzmaterial mit einem Aktivierungsmittel, wie Zinkchlorid, imprägniert und unter Carbonisierung erhitzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das mit dem Aktivierungsmittel imprägnierte Holzmaterial zu einer Verweilzeit von mindestens 15 min kontinuierlich in eine Carbonisierungszone eingeführt wird, die fortlaufend mit carbonisiertem Material beschickt ist, das anfänglich außerhalb hergestellt wird und anschließend innen erzeugt wird, das imprägnierte Material mit dem carbonisierten Material unter Anwendung mechanischer Mittel gleichmäßig gerührt wird und durch Zufuhr heißer Gase im Gegenstrom aufgewirbelt und auf eine Temperatur von 150 bis 350⁰C erhitzt und carbonisiert wird, worauf das erhaltene carbonisierte Produkt aus der Carbonisierungszone mit konstanter, der Zufuhr des aktivierungsmittelimprägnierten Holzmaterials entsprechenden Strömungsgeschwindigkeit in eine Aktivierungszone überführt wird und dort unter Bewegung mit mechanischen Mitteln bei wenigstens 400° C aktiviert wird, wobei das Gas aus der Aktivierungszone der Carbonisierungszone wieder zugeführt wird und das aktivierte Material aus der Aktivierungszone konstant abgezogen wird.