DE2143359A1

DE2143359A1 - Verfahren zur herstellung von aktivkohle unter verwendung eines ofens mit wanderndem rost

Info

Publication number: DE2143359A1
Application number: DE2143359A
Authority: DE
Inventors: Robert G Hagstrom; Charles M Whitten
Original assignee: Peabody Coal Co
Current assignee: Peabody Coal Co
Priority date: 1971-04-02
Filing date: 1971-08-30
Publication date: 1975-01-30
Also published as: NO134146C; BE774434A; NL7200896A; NO134146B; AU4834872A; CA980089A; JPS5014999B1; FR2133397A5; AU466661B2; SE378011B; GB1324054A; IT949518B

Description

Heme, 8000 Manchen 23, FrelligrathstraBe 19 Γ» I λ I I η « O U D a h ^ Eisanacher Straße 17

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Dipl.-Phys. Eduard Betzier ^

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O I Λ O O C Q Bayrische Vereinsbank München 952287

£. IHJJJJ Dresdner Bank AQ Heme 7-520 499

Postscheckkonto Dortmund 55868

Ref.: H 03-112 Ho/Se

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Zuschrift bitte nach:

München

30. August 1971

Peabody Coal Company, 301 Hortli Memorial Drive, St. Louis, Missouri, USA

Verfahren zur Herstellung von Aktivkohle unter Verwendung eines Ofens mit wanderndem Rost

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Entgasung- oder Verkohlungsverxahren bzw. der Thermolysetechnik, wobei wandernde Betten verwendet werden.

Zum Stande der Technik gehören die US-Patentschriften 3 434 932 und 3 434 933.

Die Erfindung betrifft die Verwendung einer Vorrichtung nach den genannten US-Patentschriften, die dazu dient, in einem Ofen mit wanderndem Rost und einem Schachtofen Koks herzustellen. Nach der Erfindung soll mit einer derartigen Vorrichtung Aktivkohle erzeugt werden. Im Gegensatz zu den bekannten Verfahren wird vor allen Dingen angestrebt, während des gesamten Prozesses eine Verkokung zu verhindern, da Koks äußerst widerstandsfähig gegen eine Aktivierung ist. Nach der Erfindung sollen Reaktionen ablaufen, die völlig unterschiedlich gegenüber denen eines Verkokungsverfahrens sind, um das Entstehen von Koks so -weitgehend wie möglich zu vermeiden. Die erfindungsgemäßen Reaktionen führen zur Erzeugung von Aktivkoh-

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le, welche vergleichbar ist mit den zur Zeit erhältlichen Sorten von Aktivkohle.

Aktivkohle stellt im Gegensatz zu anderen Arten von Kohlenstoff eine zellförmig verkohlte Form von kohlenstoffhaltigen Materialien dar. Die Aktivierung .ergibt sich dadurch, daß die Zellen entweder mechanisch oder chemisch geöffnet werden, d.h., daß die in den Kanälen und Zellen enthaltenen flüchtigen Stoffe entfernt werden. Im wesentlichen erzeugt man Aktivkohle, in dem man Dampf auf Kohlenstoff einwirken läßt, welcher unter Anwesenheit geringster Mengen von Luft, Kohlenmonoxyd und Kohlendioxyd auf eine Temperatur von etwa 700 - 1000⁰C (1292 - 1832⁰F) erhitzt worden ist. Während der Aktivierung bei diesen Temperaturen findet eine Wasser-Gasreaktion statt, welche in Abhängigkeit von der Dampfmenge und der Verminderung der Bettemperatur während der Dampfeinwirkung nach folgenden Formeln abläuft:

I. C / H₂O = CO / H₂

II. C / 2H₂O = CO₂ / 2H₂

Die erste Reaktion überwiegt bei einer Temperatur oberhalb von etwa 1000⁰C (1830⁰F), und die zweite-Reaktion überwiegt bei einer Temperatur unterhalb von etwa 800⁰C (1870⁰F). Nach der Erfimung sollen die gewünschten Reaktionen in einem Ofen mit wanderndem Bett herbeigeführt werden, wobei anschließend eine Kühlung in einem vertikalen Rohr erfolgt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 2 eine abgewandelte Anordnung in ähnlicher Darstellung Wie Fig. 1.

Fig. 1 stellt eine Anordnung dar, die insgesamt aus gebräuchlichen

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i-Jlenenten'besteht. Kohlenstoffhaltiges Material wie beispielsweise Braunkohle wird aus einem Speicherbehälter 10 über eine Dosiervorrichtung 12 in einen Einlaßtrichter 14 am vorderen Ende eines horizontalen Ofens 1o gefördert. Innerhalb des Ofens befindet sich ein V/anderkettenrost 18. Zwar sind die Abmaße nicht von besonders großer Bedeutung, jedoch sei angegeben, daß die Breite des kettenrostes nach dem Ausführungsbeispiel etwa 4,5 m (15 Fuß) betragen kann. Das Ilaterial wird mittels eines Verteilrechens 20 zu einem Bett 22 verteilt, welches vorzugsweise 15 cm (6 Inch) dick ist. Der Kettenrost 1ό läuft über Kettenräder 24, welche sich in der durch denPfeil angegebenen Richtung drehen.Dabei wandert das Bett über eine in Zonen aufgeteilte Luftkammer 26 in Richtung auf das hintere Ende des Ofens, /im Ende des Kettenrostweges fällt die Kohle, die nun verbrannt ist, in ein vertikales Rohr 28, an dessen Ende sich eine Luftschleuse 30 befindet. Nachdem die verbrannte Kohle durch das vertikale Rohr gewandert und aus der Luftschleuse ausgetreten ist, gelangt sie in eine Trommel 32 und auf Siebe 34. Dort findet eine Auftrennung in Koks,Aktivkohle und Asche statt. Die Gase werden über einen Kamin 36 aus dem Ofen 16 und dem Rohr 28 abgezogen.

Die Zonen der Luftkammer, die am vorderen Ende des Ofens 16 liegen, d.h. die Zonen 2 und 3, weisen ventilges-taierte Leitungen 38 auf, durch welche Gas über ein Gebläse 42 durch einenRieselturm 4o abgezogen wird. Die verbrauchten Gase gelangen über einen Kamin 44' in die Atmosphäre. Teerrückstände und andere Abfallprodukte der nach unten abgezogenen Gase können mittels des Rieselturmes abgeleitet werden. . - '

Die Zonen 4 und 6 der Luftkammer werden über eine Dampfleitung 46 mit Dampf versorgt. Die Dampfleitung weist ventilgesteuerte Abzweigungsleitungen 48 auf, die zu der Luftkammer führen sowie eine weitere ventilgestaaerte Abzweigungsleitung 50, die im unteren Teil des Rohres 28 endet, um die verbrannte Kohle vor ihrem Austritt zu kühlen. Ein Gebläse 52 fördert Luft über eine Luftleitung 54 sowie eine ventilgesteuerte Abzweigungsleitung 26 in die Zonen 4, 5 und 6 der Luftkammer. Dementsprechend werden die Zonen 4 und 6 sowohl mit Luft, als auch mit Dampf versorgt. In die Zone 5 wird lediglich Luft eingebracht. Am hinteren Ende des Kettenrostes Befindet sich

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ein Sprühkopf 28, der an eine "Wasserleitung 60 angeschlossen ist.

'..-οπή das eingebrachte kohlenstoffhaltige Material· (Braunkohle) auf dem wandernden Kettenrost in den Ofen gelängt, wird es derart weiter gefördert, daß es über die Absaugzonon der Luftkaimner, d.h. die Zonen 2 und 5, gelangt. In dieser Lage treffen nach unten wandernde Gase auf das Bett, wobei diese Gase aus überhitztem Dampf und zum Teil verbrannten Gasen bestehen, nämlich Stickstoff, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid und Sauerstoff. Die Gase, die eine Temperatur von etwa 620 - 695°C (1150 - 1280⁰E¹) aufweisen, v/andern nach unten durch das Bett und bewirken eine Trocknung und Entgasung des eingebrachten Materials. Außerdem findet an diesem Punkt eine Überflächenverbrennung statt. Die Temperatur der nach unten abgezogenen Gase beträgt nach ihrem Austritt aus den Bett etwa 195 C (3GO⁰F) .

Das Bett gelangt dann über die Zone 4 der Luftkämmer, und hier kommt es zu einer Teilaktivierung, Vielehe der- Formel I. entspricht, d.h.:

I. C / H₂O = CO / H₂

Der untere Bereich des Bettes unterliegt einer geringfügigen Ablöschung, und zwar unter der Wirkung des Dampfes.

Über der Zone 5 der Luftkaimner steigt die Temperatur des Bettes so weit an, daß die Temperatur oberhalb des Bettes bei etwa 645 - 805^uö (1200 - 1480⁰F) liegt. Die Temperatur des Bettes erreicht dabei

mindestens etwa 1000°C (1630°F). Wenn das Bett dann über die Zone f

6 wandert, wird eine größere Menge an Dampf eingebracht und zwar eine Menge-, die ausreicht, um die Temperatur des Bettes unter 80 (1470⁰F) abzusenken. Es erfolgt die Reaktion II., d.h.:

II. C / 2H₂O = CO₂ / 2H₂

Wenn das Bett am Ende des Kettenrostes austritt, wird das durch die Wasserleitung 60 geförderte Wasser über den Sprühkopf 58 abgegeben, so daß es zu einer Kühlung und Ablöschung des verkohlten Materials kommt. Die im Bett enthaltene Wärme verdampft das Wasser, und die z.T. gekühlte, verbrannte Kohle fällt in einen Sammler 62. Von

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dort aus gelangt sie in das vertikale Rohr 28, wo eine weitere Dampfbehandlung stattfindet, welche ebenfalls zu einer Ablöschung dar verbrannten Kohle und zu einer weiteren Aktivierung führt.

Beim Betrieb der hier beschriebenen Versuchsanlage wurde Braunkohle in einsr Menge von etwa 275 kg/Stunde (615 pound per hmr) in die Beschickungsvorrichtung gefördert. Die Luftzufuhr zu den Zonen 4, 5 lind 6 der Luftkammer betrug etwa 6,5 mr/Stunde (229 Standard Cubic Feet ρer four) bei einer Gesamtmenge von etwa 19,2 nr (687 LCIi¹H). Die in den Zonen 4 und 6 zugesetzte Dampfmenge betrug insgesamt für beide Kammern etwa. 120 kg/Stunde (260 pound per hour).

ITach dem Verlassen der Luftschleuse gelangt die gekühlte,veibrannte Kohle in die Trommel 32, in welcher stationäre Plattenbänder vorgesehen sind. Die gekühlte, verbrannte Kohle fällt dort übereinander, wobei die größeren Stücke des verkohlten Materials zerspringen.

während die verbrannte Kohle durch die Trommel hindurchläuft, wird sie etwa 50 Umdrehungen unterworfen. Dies führt dazu, daß die Oberflächenasche von der verbrannten Kohle abgeschlagen wird. Auch wird die verbrannte Kohle zerkleinert, so daß ihr Hauptanteil eine Größe im Bereich von 6 Maschen "Ä 30 Maschen erhält. Dieser Größenbereich entspricht dem des normalerweise erhältlichen Materials. Da in der Trommel eine Zerkleinerung stattfindet, ist es nicht erforderlich, die Kohle vor ihrer Aktivierung auf die richtige Größe zu bringen. Der Zerkleinerungsvorgang erstreckt sich nicht auf den Koks bzw. diejenige Kohle, aus der die flichtigen Bestandteile nicht entfernt wurden. Diese Bestandteile können anschließend in der beschriebenen Ueise abgesondert werden.

Das aus der Trommel 32 austretende Material, das aus etwas entstandenem Koks, aus Asche und aus aktivierter verbrannter Kohle besteht, gelangt über ein Sieb zur Entfernung der Oberhaut und sodann über ein vibrierendes Sieb. Diese Anordnung trägt gemeinsam das Bezugs- ' zeichen 34. Das Sieb zur Entfernung der Oberhaut nimmt die geringe Koksmenge ab, die während der Verkohlung entstanden ist. Das vibrierende Sieb sondert die Asche aus.

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Bei der cJojo^rcnCelten Anordnung gemäß Fig. 2 sind gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 versehen. Anstelle einer Berieselung und Abführung der nach unten abgezogenen Gase in die Atmosphäre kann man diese'Gase über ein Gebläse 42^s absaugen und über eine Leitung 64 sowie eine Düse 66 in den Ofen einblasen. Dort können sie z.T. über das Bett und z.T. in einen Kamin 36 gerichtet -werden, wobei sie im letztgenannten Fa.ll dazu dienen, einen Kessel 3Q mit Überschußwärme zu beheizen. Der Kessel kann Dampf erzeugen, v/elcher für das Verfahren nutzbar gemacht und durch eine Leitung 46' geführt wird.

Es wurde eine Versuchsanlage betrieben, bei der sich das Bett mit etwa 2,2-3 m/Stunde (7,5 - 10 feet per hour) bewegte und die ψ Aufenthaltszeit im Ofen 16 etwa 1 1/2'- 2 Stunden betrug. Allübrigen" Bedingungen entsprachen denen, die im Zusammenhang mit Fig. 1 bereits erwähnt wurden. Das .Ausgangsmaterial bestand e.us Srauii- ' kohle. Außerdem wurde der Ofen 16 vorgeheizt, in den man ein Feuer aui den lattenrost IS entzündete. Die eigenschaften des aktivierten verbrannten Endprodukts ergeben sich aus der folgenden Aufstellung, und zwar im Vergleich zu einem üblicherweise erhältlichen Produkt:

erfindungs gemäß	bisher üblich
114	95
84	93
.505	.391
54.4	C9

I-Iethylene Blue ITo. Iodine No. ' Dichte grms/cc s Härte

Bei der Bewertung dieses Vergleichs muß berücksichtigt werden, daß das üblicherweise erhältliche Produkt aus einem mit Säure behandelten, mit Wasser gewaschenen tablettierten Material bestand. Hierauf sind die wesentlichen Unterschiede zurückzuführen.

Eine Analyse des nach der Erfindung erzielten Endprodukts, nämlich einer aktivierten verbrannten Kohle von 6 X 50 Maschen, ergab folgende ¥erte:

— 7 —

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Aktivkohle

,. Feuchtigkeit

;.) Asche 7.36

-,, flüchtige Bestandteile 9.35

/0 fixierter Kohlenstoff 83.29 ',.< Schwefel - 0.17 -

Die speziellen ",/erte können sich ändern, und zwar in Abhängigkeit von der üfongröße, der -Anzahl der Luftkamuerzonen, der Fördermenge ulic⁷, iii bestimmtem Umfang in Abhängigkeit vom Ausgangsraaterial.

Patentansprüche;

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Claims

. β. 21*3359 Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von Aktivkohle, dadurch gekennzeichnet , daß kohlenstoffhaltiges Material kontinuierlich auf einen sich horizontal bewegenden Rost am Eingangsende eines Verkohlungß ofens aufgelegt wird, um ein Bett zu bilden; daß das Material auf dem Rost zum Ausgangs ende des letzteren gefördert wird und dabei über eine Reihe von Luftkammerzonen gelangt, von denen mindestens eine nahe dem Eingangsende des Ofens, mindestens eine nahe dem Ausgangsende des Ofens und mindestens eine in der Mitte der beiden anderen angeordnet ist; daß LUft und Dampf aus denebeiden letztgenannten Zonen nach oben durch das Bett in derart gesteuerter Weise gefördert wird, daß sich eine begrenzte Verbrennung des kohlenstoffhaltigen Materials ergibt, um die Bettemperatur in dem über die mittlere Luftkammerzone wandernden Abschnitt auf einen für die Reaktion C / H₂O = CO / H₂ ausreichenden Wert anzuheben, während oberhalb des Bettes eine aus Stickstoff, Kohlendioxyd, Kohlenmon- - oxyd und Sauerstoff bestehende Gasatmosphäre von einer Temperatur zwischen etwa 620 und 800⁰C (1150 und 1480⁰F) erzeugt wird; daß durch den Abschnitt des Bettes oberhalb der ersten Luftkammerzone ein Teil der gasförmigen Autmosphäre aus dem Raum über dem Bett nach unten abgezogen sowie das Material bei seinem Weg über die am Ausgangsende des Ofens liegende Luftkammerzone ausreichend abgelöscht wird, um eine Reaktion nach der Formel C /..2H₂O = CO₂ / 2H₂ zu ermöglichen; und daß das Material in einem Rohr oder Schachtofen unter Abwesenheit von Luft abgelöscht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß zum Ablöschen Dampf aus der am Ausgangsende des Ofens angeordneten Luftkammerzone durch das Bett gefördert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,. dadurch gekennzeichnet , daß das Ablöschen mindestens teilweise durch Aufsprühen von Wasser auf das Bett am Ausgangsende des Ofens bewirkt wird.

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4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch g e kennz eichnet , daß zum Ablöschen sowohl Dampf aus der am Ausgangsende des Ofens angeordneten Luftkammerzone durch das Bett gefördert vrird, als auch Wasser am Ausgangsende des Ofens auf das Bett aufgesprüht wird. . ■

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 4 ,dadurch gekennzeichnet , daß auf die verbranntekohle solange

I eingewirkt wird, bis sich die Oberflächenasche entfernt hat, daß die Kohle auf eine Teilchengröße zerkleinert wird, welche unterhalb der normalen Teilchengröße des Kokses und des unverbrannten Materials liegt, unädaß anschließend eine der Größe entsprechende Abtrennung der verbrannten Teilchen von denjenigen größeren Teilchen erfolgt, die vorwiegend aus Koks und unverbranntem Material besteht.

6. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeich-» net, daß die Einwirkung auf die verbrannte Kohle in einer Trommel vorsichgeht.

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