DE2328400A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von aktivkohle - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur herstellung von aktivkohle

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Description

Patentanwalt Dipl.-Phys. Gerhard Liedl 8 München 22 Steinsdorfstr. 21-22 Tel. 29 84 62
' A 6029
Yasuhiro Sanga, 19-26/ 5-chöntef Shakujiicho TOKYO / Japan Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Aktivkohle
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur HerStellung von Aktivkohle.
Bei der Herstellung von Aktivkohle sind im wesentlichen zwei Arten von Verfahren bekannt:. Eines ist ein chemisches Aktivierungsverfahren, bei dem hÖEzenes oder lignitartiges pulverisiertes Material, beispielsweise Sägemehl oder Holζspäne, mit einem aktivierenden Mittel, beispielsweise Zinkchlorid, imprägniert werden und dann unter Erhitzung verbrannt werden. Das andere Verfahren ist ein Gasaktivierungsverfahren, bei dem Holzkohlelignit, Kohle oder dgl. unter Erhitzung verkohlt wird
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und dann diese so gewonnenen Kohlen mit Dampf, Koh lensäuregas oder Luft in Berührung gebracht werden, um diese zu aktivieren. Bei diesen bekannten Verfahren sind jedoch die Ausgangsstoffe, nämlich die hölzernen oder lignitartigen Materialien bzw. die Holzkohle selbst Stoffe von hohem Verwendungs-? wert, beispielsweise als Brennstoffe, und sind daher nicht frei verfügbar, da sie anderweitig als Ausgangsstoffe bzw. als Grundstoffe Verwendung finden.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Herstellungsverfahren für Aktivkohle bzw. eine Vorrichtung zur Herstellung von Aktivkohle zu zeigen, das ein Abfallmaterial als Ausgangsstoff hat.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Abfallreifen in kleine Stücke zerkleinert werden, einer Hochtemperaturbehandlung unterzogen werden und unter Luftabsperrung bis zur vollständigen Verkohlung verbrannt werden und daß dann die so gewonnene Kohle aktiviert wird.
Bisher war die Verwendung von gebrauchten Reifen sehr begrenzt und sie wurden entweder im Wasser oder im Meer versenkt,um- Lagen für Fische vorzusehen oder zur Urbarmachung von Land. Die Mehrzahl der gebrauchten Reifen wurde jedoch Verschnitten und weggeworfen oder verbrannt oder zu Asche verarbeitet. Da jedoch die Anzahl der gebrauchten Reifen sehr groß ist, werden für die Lagerung derselben große Räume benötigt. Beim Verbrennen derselben werdanjedoch Schwefelsäuregas oder andere übelriechende Gase erzeugt, welche die Luft verpesten.
Gemäß vorliegender Erfindung werden jedoch die Abfallreifen bzw. die gebrauchten Reifen als Ausgangsmaterial bzw. Rohmaterial verwendet. Dieses Rohmaterial wird praktisch für sonst nichts anderes verwendet. Gemäß vorliegender Erfindung kann jedoch mit diesem Ausgangsmaterial bei niedrigen Kosten Aktiv-
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kohle hergestellt werden. Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht noch darin, daß aus den gebrauchten Reifen bzw. Abfallreifen Aktivkohle von guter Cualität gewonnen werden kann, wobei die schwierigen Probleme der Beseitigung der gebrauchten Reifen überwunden werden.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht darin, daß die Abfallreifen zunächst in kleine Stücke zerschnitten werden und diese dann in einen Ofen eingebracht werden und einer Pyrolyse unterzogen werden bei einer Temperatur von etwa 8000C, wobei unter Luftausschluß eine Verkohlung bewirkt wird. Die so erhaltenen Kohlen werden dann mit Dampf oder Kohlensäuregas bei einer Temperatur von 900 bis 1.0000C in Berührung gebracht, um die Kohlen zu aktivieren. Die so »erhaltene Aktivkohle hat hervorragende Absorptionseigenschaften und kann mit einer Ausbeute von 15 bis 20 Gew.% bezogen auf die Gesamtmenge der als Ausgangematerial verwendeten Abfallreifen erhalten werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht darin, daß die Abfallreifen in kleine Stücke zerschnitten werden, welche dann zusammen mit Kalkstein in einen Ofen als Reaktionskammer eingebracht werden. Anschließend werden sie unter Luftausschluß bei einer Temperatur unter 8000C erhitzt, wobei eine pyrolytische Verkohlung der Reifen erzielt wird. Die während dieser Behandlung erzeugten brennbaren Gase werden in einen Verbrennungsofen, der als Heizer verwendet wird, eingebracht und dort als Teil des Brennmaterials verwendet. Das Verhältnis von Abfallreifen zu Kalkstein, welche in den Ofen eingebracht werden, liegt in einem Bereich zwischen 1:1 bis 1s 2, bevorzugt 1:1,5 bis 1:2,0. Diese Verhältnisse sind Gewichtsverhältnisse. Die Verkohlungszeit wird in geeigneter Weise gemäß den herrschenden Bedingungen ausgewählt. Auf diese Welse können die in kleine Stücke zerschnittenen Kraftfahrzeugreifen
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durch Verbrennen im Ofen vollständig in Kohlenstoff umgewandelt werden. Nach der Verkoh lung der Reifen wird die Temperatur im Ofen bis auf 825°C erhöht, wobei der Kalkstein kalziniert wird und in gebrannten Kalk und Kohlensäuregas zersetzt wird. Das Kohlensäuregas reagiert mit dem Kohlenstoff im Ofen, so daß Kohlenmonoxyd erhalten wird. Im einzelnen finden im Ofen,der als Reaktionskammer wirkt, die folgenden Reaktionen astatt:
CaCO3 ^CaO +
CO2 + C
Das CO2-GaS, welches aus dem Kalkstein durch die Wirkungsweise der ersten Reaktion erzeugt worden ist, dient zur Aktivierung der Kohle im Verbrennungsofen und gleichzeitig reagiert es mit der Kohle, so daß Kohlenmonoxyd entsteht. Dieses Kohlenmonoxyd wird in den Verbrennungsofen eingebracht und dient als Teil des Brennstoffes. Es werden mehr als zwei Stunden für die Aktivierungezeit benötigt. Beim Verfahren gemäß der Erfindung wird Kohle mit einer Ausbeute von 35 bis 40 Gew.% bezüglich der verwendeten Abfallreifen erhalten. Wenn die so erhaltene Kohle durch die oben beschriebene Aktivierung unter Verwendung von Kalkstein behandelt wird, und wenn die Kohlen so abgebrannt werden, daß etwa 50% ihres Gewichtes aktiviert ist, erhält man Aktivkohle mit einem außerordentlich hohen Absorptionsvermögen. Die Aktivierungsreaktion erzeugt eine Mischung aus hochqualitativer Aktivkohle und aus gebranntem Kalk. Diese Mischung wird nach dem Abkühlen herausgenommen und durch Luftaufbereitung oder andere derartige Methoden getrennt, so daß Aktivkohle und Kalkstein in separater Form erhalten werden.
Bei der Erfindung, können während der Verkohlungs- und Aktivierungsbehandlung der Abfallreifen karbonisierte Gase des Ausgangsmaterials (Abfallreifen) als Brennstoff für die Heizein-
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richtung verwendet werden. Auch 1st es möglich, einen Verköhlungs- und Äktivierungsofen zu verwenden, bei dem ein Teil des abgesaugten Verbrennungsgases im Sy stent, zirkuliert und als aktivierendes Gas wieder verwendet wird» Der Verkohlungsund Äktivierungsaj)|)arat gemäß der Erfindung; ist vorteilhaft so ausgestaltet, daß eine Zuleitung führ das karbonisierte Gas in der Reaktionskamnier^ wo die Reifen verbrannt und aktiviert werden, geöffnet und geleitet ist in den Verbrennungsofen, der zur Erhitzung dient und daß feine! Beitungp f(ir das abgesaugte Gas in dem Verbrennungsofen in Richtung auf die Reaktionskammer hin geleitet und <jeÖf fnet ist*
In der Figur lot ein ^öjftli)t^üngsbeisj>iel der. Vorrichtung/ welche zu* Verkohlung; und ^tivierung: dient, dargestellt* Mese Eigiä? so*! zur ErlSujte^UiSg; d^ Erfindung; dienen» t?ie Vorrichtung^ i|tfe %n
in,
Eine vertikal angeöiEdnete. zv^ind^isöhe ^te^^öit^aimtter is% in etnesi Ve^br^nn^n^aofeis 'Z ym0$^!tmk.: JSp öfeferen Zeit der Reaktion^cOTöier f ist einei ©rehvo«sfeto|ie^j)^chtu;iig 3 vorgesehen, ?m unteren *^il timi ReafctitmÄlftpejr befindet siicih: ein Drehs<ihiebe:ir 4 unä ejfee I^r4e^sehfte^ce i* line von der ein Ende in
hineift gejöffnet Jtsit, ist ebenfaiits in, des V^breM^n^?ö|eBs Z MnMit'psifiraefe«"-EiiseWeitere δ ist mit iiirei« eiiie» Ende; ini ':eine\ ÄsÄUfleitung'-^ de# Verbrenntingsöfena % Mueini geöffmet und g&Jb Tpdliterhiii, g$Mfaet in einen unteren^ Te:il det Ee^^ion^aiMp* Ein :
Beim Betriebs der V^riciitüttg; wird zunSchsif die richtung 3 geöfißejfe vm& der T^ehMch4eb## % wird das Gemisiöh a^s d«n k^elheji R^if^^s^ä^ Größe ve>n 5 Ms i® eiir' apiweiseni, uni| KaAsteini, der'
Äktivierungsmittel verwendet wird, von einem Behälter 11 in die Reaktion shammer1 eingebracht. Eine weitere Möglichkeit ' besteht darin·/ daß der Kalkstein und die geschnitzelten Stücke der Abfallreifen fortlaufend nacheinander portionsweise in Form von Schichten von dem Behälter 11 aus geliefert werden» Dann wird der Hilfsbrenner TO gezündet, um das Innere des Verbrennungsofens 2 auf 400 bis SOO0C zu erhitzen. Hierbei beginnen die Reifeftstücke in der Reaktionskammer T sich pyrolytisch zu zersetzen, wobei karbonisiertes Gas^entsteht. Dieses: karbonisierte Gas wird durch die Zuleitung 6 entnömmen und fließt Sann in den Verbrennungsofen 2 zusammen mit Luft, welche von einer Euftzuführungsleitung 12 zugeführt wird. Im Verbrennungsofen 2 erfolgt dann ein& vollst&ndige Verbrenmingv Die Verkohlung bzw* Karbonisierung wird inner- halb von 30 bis 60 Minuten vollständig durchgeführt und die Reifenstücke sind vollständig verkohlt« Anschließend wird die Heizwirkung des Hilfsbreftners to in£eiisiviert> so daß die Temperavfcur auf 825°C und darüber anwächst. Dies ist die Zersetzungstemperaifcur äes Kalksteins. Diese "temperatur kann beispielsweise bis auf 900 uaad SfSO0C erhöht werden, um die Zersetzung des Kalksteines und die Aktivierungsreaktioft durch das gespaltene Gas zu beschleunigen:. Diese im vorstehenden genannten Reaktionen spie left siefe in der Reaktionskammer ab-. Hierbei wird CÖ^-Gas pyrolytisch a^üs den* Kalkstein erzeugt, un& dieses CÖ^Gas aktiviert die Reifenkohle und wird zu Kohlenmonoxyd reduJiiejrt, Dieses Kohlemmonoxydi wird durch die Zuleitung^ 6 ettfenömmen und zusammen, mit IiUft, welchie durch die Luftzuführungsleitung, Tt geliefert wird, im deft ofen 2 eingebracht. Das hieraus resultie«eftdei im Verbrenftungsofen wird durch eine Ansaugleitung 7 entnommen und zu einem Schacht bef^rdeart. Nach
Verkohlung dea? Reifen wird das Vierfahren weiterftämlich i«dem die Kohl© aktiviert wlrdU Wm ®ei! des te» Gases gelangt durch die Zuieituftf S imä äm^db das
insbesondere. Luftgebläse 9, zurück in die Reaktionskammer 1 und zwar an einem unteren Teil derselben. Das zurückgebrachte Gas dient zur Unterstützung des Aktivierungsgases« Das Kohlenmonoxyd, das beim Aktivierungsschritt entnommen worden ist und durch die Zuleitung 6 in den Verbrennungsofen eingebracht worden ist, wird dort verbrannt, und zusammen mit Sauerstoff zu Kohlensäuregas verbunden. Dieses Kohlensäuregas wird wiederum verwendet als Teil des Aktivierungsgases« Die Reaktionär· produkte, welche bei der Aktivierungsbehandlung erhalten werden , werden durch den geöffneten Drehschieber geliefert und von der Förderschnecke in einen Kühlraum gebracht. Nach der Kühlung in diesem Kühlraum wird die. gewonnene Masse durch Luftaufbereitung in Aktivkohle und in gebrannten Kalk getrennt.
Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung kann das Ausgangsmaterial keine andere Verwendung finden, da das Ausgangsmaterial Abfallreifen sind. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird Aktivkohle mit hoher Qualität bei extrem niedrigen Kosten erzeugt. Vorliegende Erfindung ist ebenfalls von großem Vorteil in Bezug auf die. Verwertung von gebrauchten,Reifen, welche bisher verschiedene Schwierigkeiten bei der Ablagerung bereitet haben. Da aufgrund des hohen Gebrauchswertes der Kohle für Brennstoffe und verschiedene andere Verwendungszwecke es sehr schwierig war, Aktivkohle zu erhalten, eröffnet die Erfindung neue Quellen bezüglich eines Ausgangsmaterials, das bisher nicht verwendbar schien. Bei der Verbrennung von Abfallreifen unter Zumischung von Kalkstein kann die. Verkohlung und Aktivierung in einem .einzigen Verfährensschritt ausgeführt werden. Hierdurch,.wird=4as Behandlungsverfahren stark vereinfacht, und weiterhin können verbrennbare Gase erzeugt werden/ welche bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Beheizung des Rohmaterials Verwendung finden können. Es können daher Kosten für den Brennstoff eingespart werden. Außerdem ist es von Vor^- teil, daß als Nebenprodukt gebrannter Kalk entsteht. Bei der
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Verwendung der erfindungsgemäßeri Vorrichtung, welche sowohl eine Verkohlung als auch eine Aktivierung durchführt, wird Kohlenmonoxyd in der Reaktionskammer während der Aktivierungebehandlung der Abfallreifen erzeugt. Dieses Kohlenmonoxyd wird in den Verbrennungsofen geleitet und dient als Teil des Brennstoffes zur Beheizung der Reaktionskammer. Außerdem wird Kohlensäuregas bei der Verbrennung des Brennstoffes erzeugt, das in die Reaktionskammer geführt wird, um dort zur Beschleunigung der Aktivierung zu dienen. Die abgesaugten Gase können daher wirksam verwendet werden, wodurch das Verfahren sehr wirtschaftlich wird und nur niedrige Materialkosten entstehen. Die Gesamtkosten für das gewünschte Produkt sind daher äußerst niedrig.
Im einzelnen soll die Erfindung in den folgenden praktischen Ausführungsbeispielen erläutert werden.
Beispiel 1
Ein gebrauchter Reifen für ein normales Kraftfahrzeug wurde in kleine Stücke zerschnitzelt von etwa 30 mm oder einer kleineren Größe. 30 g dieser Reifenstücke wurden in den Mittelteil einer rostfreien Reaktionsröhre mit 75 mm Innendurchmesser und 1 m Länge eingebracht. Diese Reaktionsröhre wurde in einen horizontalen, elektrisch heizenden Brennofen eingebracht und für 60 Minuten unter Ausschluß von Luft auf 700°C erhitzt, um die Verkohlung herbeizuführen. Dann wurde die Temperatur auf 95O°C erhöht und Dampf wurde in die Reaktionsröhre von deren einem Ende her 10 Minuten lang eingeblasen. Dieser Vorgang wurde dann für weitere 10 Minuten abgebrochen. Dieses zehnminütige Dampfeinblasen und Aussetzen wurde abwechselnd fortlaufend für eine Gesamtzeit von 90 Minuten durchgeführt, wobei die Aktivierung des Materials erfolgte. Während dieser Zeit wurde eine Gesamtmenge von etwa 300 g Dampf eingebracht. Danach
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wurde die Reaktionsröhre aus deni Ofen herausgezogen,und nach Kühlung wurde der Inhalt der Reaktionsröhre herausgenommen. Auf diese Weise wurden 48 g Aktivkohle erhalten. Diese Aktivkohle konnte eine 0,12%ige Methylenblaulösung mit einer Rate
3
von 16 cm pro 0,1 g Aktivkohle entfärben.
Beispiel 2
300 g von geschnittenen Stücken (etwa 30 mm oder weniger groß) eines gebrauchten Reifens eines normalen Kraftfahrzeuges wurden in eine Reaktionsröhre der gleichen Art wie in Beispiel 1 eingebracht, und diese Reaktionsröhre wurde in einen elektrisch .beheizten Ofen der gleichen Art wie in Beispiel 1 eingeschoben und auf 700°C für 60 Minuten unter Ausschluß von Luft erhitzt, um die Verkohlung hervorzurufen. Danach wurde die Temperatur des Ofens auf.9700C erhitzt. Etwa 200 1 Kohlensäuregas wurden dann in die Reaktionsröhre für 120 Minuten eingebracht, um die Aktivierung durchzuführen. Nach dem Kühlen wurde der Inhalt der Reaktionsröhre herausgenommen, wobei 60 g Aktivkohle erhalten wurden. Die Aktivkohle konnte eine Methylenblaulösung mi
Aktivkohle entfärben.
3 Methylenblaulösung mit einer Rate von etwa .14 cm pro 0,1 g
Beispiel 3 " .
Eine Mischung von 12 kg eines zerkleinerten gebrauchten Reifens für ein normales Kraftfahrzeug mit einer Teilchengröße
2 '
von etwa 50 mm und 12 kg Kalkstein wurden in einen Schmelztiegel aus Karborund mit 30 cm Innendurchmesser und 40 cm Höhe eingegeben. Nach Abdecken wurde der Schmelztiegel in einen Verbrennungsofen für Schweröl eingebracht . und auf 8000C eine Stunde lang erhitzt, so daß die Verkohlung durchgeführt wurde. Anschließend wurde zusätzlich 40 Stunden lang eine Kalzinierung bei 95O°C durchgeführt. Nach Abkühlung wurde der Inhalt herausgenommen, und nach Durchführung der Luftaufbereitung wurden
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2,7 kg Aktivkohle und 6,8 kg ungelöschter bzw. gebrannter Kalk in getrennter Form erhalten. Die Aktivkohle konnte 0,12% Methylenblaulös·
Aktivkohle entfärben.
3 0,12% Methylenblaulösung mit einer Rate von 15 cm pro 0,1 g
Beispiel 4
Eine Mischung von 10 kg geschnittenen Stücken (mit einer
Größe von etwa 50 mm ) eines gebrauchten Kraftfahrzeugreifens und 17 kg Kalkstein wurden in einen Schmelztiegel der gleichen Art wie in Beispiel 3 eingefüllt/und dieser Schmelztiegel wurde dann in einen Verbrennungsofen für Schweröl eingebracht und für 40 Minuten auf 800°C erhitzt, um die Verkohlung durchzuführen. Anschließend wurde zusätzlich bei 4 Stunden und 20 Minuten eine Kalzinierung bei 97O°C durchgeführt. Nach Abkühlung wurde der Inhalt herausgenommen und einer Luftaufbereitung unterworfen. Es wurden hierbei 2 kg Aktivkohle und 9,5 kg ungelöschter bzw. gebrannter Kalk erhalten. Die Aktivkohle konnte eine 0., 12%ige Methylenblaulösung mit einer Rate von 20 cm pro 0,1 g Aktivkohle entfärben.
Beispiel 5
Geschnittene Stücke (mit einer Größe von etwa 50 mm ) eines gebrauchten Kraftfahrzeugreifens und Kalkstein - beide mit der gleichen Menge - wurden in einen Verkohlungs-Aktivierungs-Apparat, wie er in der Figur dargestellt ist, eingebracht und das Innere des Verbrennungsofens wurde auf 800°C erhitzt, so daß während einer Stunde die Verkohlung durchgeführt wurde. Während dieser Zeit wurden die Gase, welche pyrolytisch von den verbrannten Reifen erzeugt worden sind, in der oben beschriebenen Weise in den Verbrennungsofen eingebracht. Dann wurde die Temperatur auf 900 bis 95O°C erhöht und 5 Stunden lang auf dieser Höhe gehalten, so daß eine Zerspaltung des Kalksteines bzw. ein Kracken erfolgte. Durch das zerspaltene
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gekrackte Gas wurde die Kohlenaktivierungsreaktion- durchgeführt. Das Kohlensäuregas im abgesaugten Verbrennungsgas wurde in die Reaktionskammer zurückgebracht und dort als Aktivierungsgas verwendet. Die aus der Reaktionskammer entnommene Substanz wurde durch Luftaufbereitung behandelt/ und es wurde Aktivkohle erhalten. Die Ausbeute betrug 21 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht des Ausgangämaterials an Gebrauch treifeft. Diese Aktivkohle konnte eine 0,12%ige Methylenblaulösung mit einer Rate von 15 cm pro 0,1 g Aktivkohle entfärben. Die Ausbeute an ungelöschtem bzw. gebranntem Kalk, der ebenfalls als Endprodukt erhalten wurde, betrug 57 Gew-% bezogen auf die Gesamtmenge des Kalksteines, der als Beimischung im Ausgangsmaterial zusammen mit dem Gebrauchtreifen verwendet wurde.
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Claims (5)

  1. Patentansprüche
    (T) Verfahren zur Herstellung von Aktivkohle, dadurch gekennzeichnet, daß Abfallreifen in kleine Stücke zerschnitzelt werden, einer Hochtemperaturbehandlung unterzogen und unter Luftabsperrung bis zur vollständigen Verkohlung verbrannt werden und daß dann die so gewonnene Kohle aktiviert wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den zerkleinerten Abfallreifenstücken ein Zusatzstoff beigemengt wird, der auf pyrolytischem Wege Kohlensäuregas zu erzeugen vermag, daß nach der vollständigen Verkohlung die Temperatur zur pyrolytischen Erzeugung des Kohlensäuregases erhöht wird, wobei die Kohle aktiviert wird und daß die Aktivkohle dann von der behandelten Mischung abgetrennt wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatzstoff Kalkstein verwendet wird.
  4. 4. Verfahren nach «inem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das bei der Verkohlung gewonnene brennbare Gas als Brennstoff zur Erzeugung für die bei der Verkohlung benötigten Hitze verwendet wird und daß das bei der Verbrennung der Brennstoffe erzeugte aktivierend wirkende Gas zur Aktivierung verwendet wird.
  5. 5. Vorrichtung zur Herstellung von Aktivkohle unter Durchführung eines der vorstehenden Verfahren, gekennzeichnet durch eine Reaktionskammer (1), einen Verbrennungsofen (2) zur Erhitzung der Reaktionskammer (1), wobei an eine Absaugleitung (7) des Verbrennungsofens (2) eine Zuleitung (8) angeschlossen ist, die in die Reaktionskammer (1) zurückgeführt ist, und weiterhin eine Zuleitung (6) von der Reaktionskammer (1) in den Verbrennungsraum des Verbrennungsofens (2) geführt ist.
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DE2328400A 1972-12-06 1973-06-04 Verfahren und vorrichtung zur herstellung von aktivkohle Pending DE2328400A1 (de)

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