DE1792562A1 - Verfahren zur Herstellung von pulverfoermiger Aktivkohle - Google Patents

Description

DR. ELISABETH JUNG. DR. VOLKER VOSSIUS. DIPL.-ING. GERHARD COLDEWEY

• MONCHEN23 · 3 I E Q E 3 3TR ASSE 26 · TELEFON*«·/ . TELEGHAMM-ADBE8SE: INVENT/MONCHEN

u.Z.; D 715 (PiA¹WH) \ fl. $B

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Shinetsu Chemical Company, Tokio, Japan

"Verfahren zur Herstellung von pulverförmiger Aktivkohle¹¹

Priorität: 22. Septä,uber 1967» Japan Anmelde-Nr.: 60916/67

Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren tür Herstellung von pulverförmiger Aktivkohle·

Bei bekannten Verfahren zur Herstellung von pulverförmiger Aktivkohle wird wie folgt gearbeitet: Die Ausgangsmaterialien, s. B. durch trockene Destillation von verkohlbaren Materialien hergestellte Kohle oder pulverföraige Kohle, die durch Pulverisieren von gewöhnlicher Holzkohle erhalten wurde, werden

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entweder

U) bei ICXX) bis 1200 ⁰C mit Wasserdampf aktiviert, oder

(2) mit Zinkehlorid aktiviert, oder aber

(3) ein Teil der Kohle wird durch Erhitzen in Luft, Kohlendloxyd oder Chlorgas oxydiert.

Alle diese bekannten Verfahren arbeiten Jedoch absatzweise und weisen den weiteren Nachteil auf, da* einem vernünftigen Wärmehaushalt und der Ausnutzung der Abwärme nicht genügend Beachtung geschenkt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Herstellung von aktivierter pulverförmiger Kohle aus verkohlbarem Material zu schaffen, bei den die anfallende Wärmemenge möglichst wirksam und restlos ausgenutzt wird.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur Herstellung von pulverförmiger aktivierter Kohle aus verkohlbarem Material durch trockene Destillation und Aktivleren der so hergestellten Kohle mit Wasserdampf, dadurch gekennzeichnet, daß man

1) das rohe Ausgangsmaterial einer trockenen Destillation unterwirft,

2) die bei der trockenen Destillation erzeugte pulverförmige Kohle von dem dabei entstandenen Schwelgas abtrennt und, ohne sie vorher abkühlen zu lassen, In eine Vorrichtung zur

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Aktivierung einspeist«

3) die Kohle mit Wasserdampf aktiviert, der Susannen alt einem freien Sauerstoff enthaltenden Gas, durch das ein kleiner Teil dur pulverf Crmigen Kohle verbrannt wird, um die Innenteraperatur der Vorrichtung auf der zur Aktivierung erforderlichen Höhe su halten, durch die Aktiviervorrichtung geführt wird,

k) das bei der trockenen Destillation anfallende Schwelgas und das bei der Aktivierung erhaltene brennbare Gas zur Wasserdampf erzeugung verwendet und den dabei erzeugten Wasserdampf in die Aktivierungsvorrichtung einspeist, und 5) das bei der Wasserdampferzeugung anfallende heiße Rauchgas zum Beheizen der trockenen Destillation verwendet.

Dieses Verfahren ermöglicht es, in kontinuierlicher Arbeitsweise aktivierte Kohle in hoher Ausbeute und mit einen günstigen Wäraehaushalt, d. h. unter weltgehender Ausnutzung der in den einzelnen Verfahrens stufen anfallenden Waraenengen und des Warmeinhalts der als Nebenprodukte anfallenden brennbaren Gase, aus rohen verkohlbaren Ausgangsmaterialien, wie Reisspreu, Kleinspreu, Nußschalen, Baumwollsamenkapseln, Holzschnitzeln, Hobelspänen oder Sägemehl, aktivierte Kuhle herzustellen.

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Die pulverförmige Kohle wurde bislang dadurch aktiviert, daß man eine großi Luftmenge durch das Reaktionssystem strömen ließ, um damit Kohle zu verbrennen und dadurch die Temperatur im Akttvlerungßsystern bei etwa 1000 ⁰C zu halten. Im Gegensatz hierzu wird beim Verfahren der Erfindung die auf etwa 300 ⁰C erhitzte pulverförmlge Kohle am Ende des Verfahrensachrittes (1) (trockene Destillation) abgetrennt und abgezogen, und bevor sie sich abkühlt, in die Aktiviervorrichtung eingespeist, so daß die Menge des zusammen mit dem Wasserdampf durch diese Vorrichtung zu schickenden freien Sauerstoff enthaltenden Gases bzw. die durch Verbrennen von Kohle zu erzeugende Wärmemenge gering gehalten werden kann. Hierdurch weist die als Endprodukt gewonnene pulverförmige aktivierte Kohle eine überlegene Qualität auf und kann mit hoher Ausbeute und in wärmetechnisch äußerst günstiger und vorteilhafter Weise erzeugt werden, da zur Erzeugung des für die Aktivierung erforderlichen Dampfes die Abgase aus der trockenen Destillation im Verkohlungs- bzw. Sehwelofen und die bei der Aktivierung mit Dampf erzeugten brennbaren Oase verwendet werden können. Darüberhinaus können nötigenfalls die in der Aktivierungsverrichtung erzeugten brennbaren Abgase auch zur Erzeugung der für die trockene Deefcillation erforderlichen Wärme verwendet werden.

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äiö E-,*£ixnöimg unter Bsaugnahme auf das

FlleßbiM

Srflndungsgsmää wix-ö. öas verkohlbai*e'rohe Ausgangsraaterlal f@in sss'tQiJLt untf suit el&esii Wassergehalt von 30 - 50 Qew.-£ Is?, @3n@n 'feoslms;? 3. ®ißgafiitet_s a₀ B. «Inen Schnelltrockner

D^shä'öh.vöi'sifis «öbsi ax'sterer für fsinteiligea Roh- >¹.® Säg&rEahls imd ?.e-bstei»er für vergleichsweise grob talligss Materials wie Hols'olStfechsn und Hobelspäne verwendet wird, die sins mphäitaiBEiäMg lange Trockenzeit erfordern«, Das Trocknen k&mt. an sieh naeh jedem beliebigen bekannten Verfahren durehgefübr^ ?ä"ö5rd@rs, jedoeh soll sur Verbesserung der

is5 das 02BRmt^e,y?Aah.Vims a«m Trocknen vorzugsweise das 'üa«öhga3 ^en^-iidst ysrdsn₃ das isa^ bei dar Verbrennung bsi fies? tro^k^iiSii B«yt.:lilat.lon anfallenden Qa3e srhfilt.

Dis ^l3?roö!:oiatempös*at?A'i? soll am Einlaß des Trockners 200 ~ 1000 ⁰C m@h£» betrag®» s ^orswgstiQiBe soll sie zwischen 300 und 800 ⁰C tan «ine hohe Wirtsahaffelichkeit und einen hohen Wirkungsgrad beim Trocknen rsn e-raielano Durch die Trocknung wird der %Taes@rg3halt des rohen Äusgangomatsrlals auf weniger als 10 % öj ao daß er_s salbst wenn ein Teil des rohen Ausgangel8 dux*«h die Tro@kenhitse verkohlt wird, wenig Einfluß auf di© Aiisb^ut« öa:·? erhaltenen aktivierten Kohle und deren Qualität: hat.

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In einest Zyklonsoheiaor 2 wird das getrocknete Rohmaterial vom heißen Abgas abgetrennt und mittels einer geeigneten Fördervorrichtung in einen Ofen zur trockenen Destillation 3 überführt. AIb Ofen 3 zur Durchführung der trockenen Destil lation empfiehlt sieh ein kontinuierlich arbeitender, innen beheizter Verkokungsofen, insbesondere ein Wirbelschicht» verkokungsofen mit sich konisch erweiterndem Braniuraua« Durch den Boden des Verkokungsofen wird das in dem weiter unten beschriebenen Verfahrenssehrifct ©rseugte heiBe Qae, nötigen» falls zusammen mit Sauerstoff enthaltendem Gas so zugeführt, daS das getrocknet® ?oh@ Ausgangsmaterial in im Gasstrom sus pendierte». ZusteM, d. h„ in einer Wirbelschicht, verkohlt werden kann. Dabei wird sin Teil des rohen Ausgangsmaterlals verbrannt, wobei die dadurch erzeugte Hltse dazu dient, das verkohlbare Material auf der sur trockenen Destillation erforderlichen Temperatur von '400 - 750 ⁰C su halten und frisch zugeführtes rohes Material su verkohlen.

Die im Ofen 3 zur traeke-n@n Destillation hergestellte pulverförmig« Kohle wird ssusamm@r, mit dem bei der trockenen Destil lation erzeugten Sahwelgas kontinuierlich am Kopf des Ofens abgenommen_s worauf dia Kohle un£ das Gas In einem Scheider 4 voneinander getrennt wei'ö9n_t so daß die Kohle in eine Aktivlerungsvorrichtuiig 5 und das Sehwelgas, in einen Vfirmeausfcauseher 7 eingespeist «erden kOnnen. bevor sich Kohle und Schwelgae abkühlen.

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Das Gewicht des in dieser Verfahrene stufe erzeugten brennbaren Oases (Schwelgas) beträgt in der Regel 60 - 80 <tow.-£, bezogen auf das rohe Ausgangsmaterial. Es hängt Jedoch natürlich von der Art des elngesetsten rohen Ausgangsraaterlals ab. Da d&s Schwelgas Kohlenwasserstoffe enthalt und einen Heiewert von 2500 - 3000 kcal/kg besitzt, wird es bei« Verfahren der Erfindung als Brennstoff verwendet, d. h., das bei der trockenen Destillation erhaltene Schwelgas wird In den Wärmeaustauscher 7 eingespeist, wo es verbrannt wird und so durch Wärmeaustausch mit dem dem Wärmeaustauscher 7 Bugs führten Wasser als Ui-rraequölJLe für die Dampferzeugung dient. Das bei der Verbrennung des Schwelgases anfallende heiße Rauchgas wird in den Ofen 3 zur trockenen Destillation eingespeist, wo es sum Suspendieren bzw. Aufwirbeln des verkohlbaren Materials und des bei der Verkohlung daraus entstehenden Produktes-sowie zur Aufrechterhaltung der sur Verkohlung des rohen Ausgangsmaterials erforderlichen Temperatur im Ofen 3 verwendet wird.

Ein Teil der in Wärmeaustauscher 7 anfallenden heißen Rauchgase kann als Wärmequelle für den vorstehend erwähnten Trockner 1 oder sum Beheizen des Ofens 3 für die trockene Destillation von außen verwendet werden.

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Die im Zyklonscho!der ''S abgetrennte pulverförmig? Kohle wird, wie bereits erwähnt, in die Aktiviervorriohtung 5 eingespeist, die vorsugswelse wie der Ofen 3 but trockenen Destillation als Wirbelschiehtreaktor ausgebildet ist. Die Kohle wird dort mit Hilfe von im wärmeaustauscher 7 erzeugtem Dampf aktiviert. Gemäß dem Verfahren der Erfindung wird die pulverförmig© Kohl®, bevor sie sich abgekühlt hat, mit einer Temperatur von etwa 500 ⁰C in die Aktiviervorriehtung 5 eingespeist. Diese Temperatur ist etwa gleich der Temperatur bei der trockenen Destillation. Deshalb kann die Temperatur in der Akt!viervorrichtung 5 leicht bei der sur Aktivierung der Kohl© mit Wasserdampf erforderlichen Temperatur von 900 - ilOO ⁰O gehalten werden₈ ohne daß allzuviel Kohle mit großen Mengen e.tn@s freien Sauerstoff enthaltenden Gases verbrannt werden muß, wie dies bei bekannten Verfahren erforderlich ist. Demzufolge kann die Ausbaute an aktivierter Kohle gegenüber bekannten Verfahren stark erhöht werden« Die Menge des der Aktiviervorrichtung Kugeführten Wasserdampfeß beeinflußt die Qualität der darin erseugten aktivierten Kohl® stark, so daß bei der Festlegung der su£uführend@si Wa8sej?dampfte@nge Art und Qualität der als Produkt gewünschten Kohl© su berücksichtigen sind.

Bei der Aktivierung entsteht ein brennbares Gas mit einem

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ι von Ä500 « 2500 keal/Icg, das in sinem Zyklonscheider

6 von des» &Ιζ%Ιψ&@ι*%®ώ. Sohl© abgetrennt und in den Wärmeaustauseh^r ? eingespeist wird, wo es wie das vorstehend erwähnte,» bei &©2^J ts>©ek©ii@n Destillation anfallende Schwelgas als Hsisrcatari&l verwendet wird« Ein Teil dieses brennbaren Abgases kann nötigenfalls in den Ofen 3 sur troekenen B@©tillati©fö s^iarüekg©führt werden, wo es als Wärmequelle für al© troek©^© 9ssäfeillat.ioE ö©s rohen Ausgangssaaterials ver~ wendet wtM©si kann \mä so mm* Verbesserung der Ausbeute an iträgto V!®mi der Wassergehalt des verkohlbaren Mamife &®m dsr Ofen 3 sur troekenen Destillation be-

i^ira, S ■» 10 f l>©trä|gt, ©mpfiehlt es @ieh, einen feil dieses br©rmbar<sn Oases in d@n Ofen 3 einzuspeisen, da dasift die Temperatur iiß öfea 3 leleht auf der ex'forderlichen H8he gehalten werden kansi._s otei® mehr verkohlbares Material als unbedingt erforö^rlieh au verbrennen» Liegt jedoch der Wassergehalt des dea Oi&n 3 sugeführten verkohlbaren Materials unter 5 %_s äö steigt durch Einspeisen von brennbarem Qmi In um Oi¹Qn 3 ®v&* fe'öi;k©iien Destillation die Temperatur im Of©n 3 WM &%ä&k an-, wobei die Gefahr besteht, daß die gebildete Kohl© -'/eraaeht wird»

d#3p Erfisiöang sind isoiait die Stufe der troekenen Deß-kfc&vierungsstufe direkt miteinander

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verbunden, wodurch es möglich wird« die V&ratequellen fflr beide Verfahrens stufen seh? wirksam aussunutxen. Wie bereits erwähnt, wird die bei der trockenen Destillation in hoher Ausbeute gewonnene Kohle, ohne sie vorher nennenswert abkühlen su lassen, in die Aktiviervorriehtung 5 eingespeist, so daß die Aktivierung nit Vasserdaapf leicht und mit geringeren Kohleverlusten durch Verbrennen durchgeführt werden kann, als bei den bekannten Verfahren.

Das Beispiel erläutert die Erfindung. Beispiel

Holsschnitsel mit einem Wassergehalt von 30 % Herden auf einen Vassergehalt von 7,5 % her abgetrocknet und dann Bit einer Geschwindigkeit von 150 kg/Stunde in einen Wrbelschlchtverkohlurtgsofen eingespeist, wo sie bei einer Temperatur von 480 ⁰C der trockenen Destillation unterworfen werden. Gleichseitig werden pro Stunde 70 kg des in der nachstehend beschriebenen Aktivierungsstufe erhaltenen brennbaren Gases susammen mit dem ie wa>aeaustauseher ersaugten heiÄeit Rauchgas durch den Ofen sur troekenen Destillation geführt, wodurch die HolKsehnitsel Im Ofen in einer Wirbelschicht gehalten und gleiehseltlg trocken destilliert werden. Man erhält pulverforttlee Dohle alt einer

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Ausbeute von 41 kg/Stunde, die aus 74,1 % feste« Kohlenstoff, 21 % flüchtigen Bestandteilen und 4,8 Ji Asche besteht, Diese bei der trockenen Destillation anfallende pulverförmig« Kohle wird, bevor sie sich abgekühlt hat, mit einer Geschwindigkeit von 4i kg/Stunde in eine Vorrichtung Eur Aktivierung xait Wasserdampf eingespeist (die Temperatur der in die Aktiviervorrichtung eingespeisten Kohle beträgt 450 ⁰C). Durch die Aktiviervorrichtung werden gleichseitig Luft und Wasserdampf mit einer Geschwindigkeit von 72 bsw. 16 kg/Stunde geführt, so da£ die Aktivierung der Kohle mit Wasserdampf bei einer Temperatur von 1000 ⁰C durchgeführt werden kann. Diese Temperatur wird im Aktivierungssystem durch Verbrennen elnee Teiles der pulverfOrmigen Kohle aufrecht erhalten. Nan erhält pro Stunde 11 kg pulverförmige aktivierte Kohle und 110 kg brennbare Abgase. Die physikalischen Eigenschaften der dabei erhaltenen aktivierten Kohle werden gemäß JIS (Japanese Industrial Standard) 1-1426 bestimmt und sind wie folgt:

Entfärbung von Methylenblau 12 al

Entfärbung von Karamel 92 % Gewichtsverlust beim Trocknen 8 %

Chloridgehalt (als Cl) 0,05 %

Eisengehalt (als Fe'*) 0,03 %

pH-Wert 6,5

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Bei diesem Versueh wird ein Teil des brennbaren Gases durch den Ofen 3 sur trockenen Destillation geführt, während der Rest» 40 kg/Stunde, dem Wärmeaustauseher 7 sugeftthrt und dort verbrannt wird. 5 % seines Heiswertes werden für die Erzeugung von Wasserdampf ausgenutet. Der Rest der Wärme wird dem Trockner 1 und dem Ofen 3 sur trockenen Destillation in einem Wärmeverhältnis von 50 : 45 gugefOhrt.

Vergleichsversuch %

Das Beispiel wird wiederholt, wobei man jedooh das in der Aktivierungsstufe erzeugte brennbare Oas nicht in der Stufe der trockenen Destillation zirkulieren IaAt. Stattdessen wird eine große Menge Luft durch den Ofen 3 zur trockenen Destillation geleitet, um die Verbrennung von Kohle su fördern und dadurch die Temperatur im Ofen sur trockenen Destillation auf dem im Beispiel angegebenen Wert su halten. Diese Abweichung führt dazu, daft die Ausbeute an pulverförmiger Kohle nur 32 kg/Stunde und diejenige an aktivierter Kohle nur 8,6 kg/Stunde beträgt.

Vergleichsversuch 2 Die trockene Destillation lur Herstellung von pulverförmiger

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Kohl® wird analog dem Ausführungsbeispiel durchgeführt. Die dabai erhaltene pulverförmige Kohle wird Jedoch vor dem Aktivieren im Gegensatz zum Ausführungsbelsplel stehengelassen, bis sie auf Raumtemperatur abgekühlt ist, wie dies üblicherweise bai don bekannten Verfahren gemacht wird. Dann wird die pulverförmig© Kohle wie im Ausführungsbeispiel mit einer Qesehwindlgkeit von 43, kg/Stunde in die Aktiviervorrichtung eingespeist, wobei raaii Luft und Wasserdampf mit einer Geschwindigkeit von ?6 bssw. %6 kg/Stunde durch die Vorrichtung strömen läßt, so daß ein Teil der eingespeisten Kohle verbren- n&n kann, um die Innentemperatur des. Systems auf der Aktivie-S⁴UTIgStemperatur von 1000 ⁰C zu halten. Die Ausbeute an pulverförmiger aktivierter Kohle beträgt bei diesem Vergleichsversueh nur 9»5 kg/Stunde.

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Claims (8)

17925η? Patentansprüche JL. Verfahren sur Herstellung von pulverförmiger aktivierter Kohle aus verkohlbarem Material durch trockene Destillation und Aktivieren der so hergestellten Kohle mit Wasserdampf, dadurch gekennzeichnet, daß nan

1) das rohe Ausgangsmaterial einer trockenen Destillation unterwirft,

2) die bei der trockenen Destillation erseugte pulverförnlge Kohle von den dabei entstandenen Sohwelgas abtrennt und, ohne sie vorher abkühlen xu lassen, in eine Vorrichtung zur Aktivierung einspeist»

3) die Kohle mit Wasserdampf aktiviert, der susammen Mit einem freien Sauerstoff enthaltenden das, durch das ein kleiner Teil der pulverfOrmigen Kohle vnt wird, um die Znnentemperatur der Vorrichtung auf der sur Aktivierung erforderlichen Höhe su halten» durch die Aktiviervorrichtung geführt wird,

4) das bei der trockenen Destillation anfallend· Sehwelgae und das bei der Aktivierung erhaltene brennbare 8a« sur Wasserdampferseugung verwendet und den dabei erzeugten Wasserdampf in die Aktiviervorriohtung einspeist» und

5) das bei der wasserdampferseugung anfallende helAe Rauchgas sum Beheisen der trockenen Destillation verwendet·

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn«βlehnet, daft ein Teil des bei der Aktivierung erhaltenen brennbaren Oases susammen mit dem heißen Rauchgae aus der Wasserdampferseugung der Anlage sur Durchführung der trockenen Destillation zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch I₉ dadurch gekennzeichnet, daß als rohes Ausgangsmaterial Reieschalen, Spreu, Nußschalen, Baumwollsamenkapseln, Holzschnitsel, Hobelspäne oder Sägemehl verwendet wird.

¹J. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daft ein Teil des bei der Verbrennung des Schwelgases aus der trokkenen Destillation und des brennbaren Oases aus der Aktivierungsstufe anfallenden heißen Rauchgases sum Trocknen des Ausgangsmaterials' verwendet wird·

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenneeich.net, daft ein freien Sauerstoff enthaltendes Oas in die Anlage tür Durchführung der trockenen Destillation eingeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenntelehnet, daft ein verkohlbares Ausgangsmaterial mit einem Wassergehalt von weniger als 10 % verwendet wird«

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7. Verfahren naeh Ansprueh 1, dadureh gekennzeichnet, daft die trockene Destillation bei einer Temperatur von 400 - 750 ⁰C durchgeführt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennseiohnet, daß die Aktivierung mit Wasserdampf bei einer Temperatur von 900 - 1100 ⁰C durchgeführt wird.

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