DE2417133A1

DE2417133A1 - Vorrichtung zur aufbereitung von aktivkohle

Info

Publication number: DE2417133A1
Application number: DE2417133A
Authority: DE
Inventors: Kazuo Mitsui; Nobutaka Ninomiya; Naotake Uchida
Original assignee: Takeda Chemical Industries Ltd
Current assignee: Takeda Pharmaceutical Co Ltd
Priority date: 1973-04-16
Filing date: 1974-04-09
Publication date: 1974-10-31
Also published as: MY7900153A; PH13677A; JPS5111035B2; GB1434314A; JPS49128897A; NL7405152A

Description

TAKEDA CHEMICAL INDUSTRIES, LTD., 27, Doshomachi
2-chome, Higashi-ku, Osaka, Japan.

Vorrichtung zur Aufbereitung von Aktiv-Kohle

Die Erfindung beschäftigt sich mit einer Vorrichtung zur Aufbereitung von Aktiv—Kohle aus kohlenstoffhaltigem Material, insbesondere mit einem Schachtofen, dessen Reak— tionskammer'in mehrere hintereinandergeschaltete Aufbereitungs-Abteilungen oder -Zonen unterteilt ist.

Ein mehrstufiges, mit strömungsfähigem Medium arbeitendes Reaktionsgefäß zur Aufbereitung oder Präparation von Aktiv-Kohle ist an sich bekannt. Im allgemeinen weist
ein derartiger mehrstufiger Reaktor mehrere aufrechtstehende Aktiviersäulen oder -stufen auf, wobei jeweils
zwei benachbarte Teile dieser Stufen über ein Überlaufrohr miteinander in Verbindung stehen, und der erste und letzte Teil dieser Stufen jeweils mit einer Zuführ- bzw. Abgabe-Leitung verbunden sind. Jedes Überlaufrohr mündet an einem Ende in einen oberen Abschnitt der Stufe in ihr Inneres und am anderen Ende in einen unteren Abschnitt
des Inneren der nachfolgenden Stufe, so daß kohlenstoffhaltiges Material, das in der ersten erwähnten Stufe

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aktiviert wurde, über das Überlaufrohr in die nachfolgende Stufe strömt bzw. fließt. Auf diese Weise läuft das in die erste Stufe eingegebene, zu aktivierende oder aufzubereitende Material durch alle hintereinandergeschalteten Aktivierstufen, bis es als Aktivkohle aus dem unteren Abschnitt der letzten Aktivierstufe ausgegeben wird.

Der bekannte mehrstufige fluidisierte Reaktor der erwähnten Art arbeitet zwar an sich zufriedenstellend, ist jedoch relativ kompliziert in seinem technischen Aufbau und kann daher nicht leicht veränderten Produktionsbedürfnissen angepaßt werden. Weiterhin ist die Anordnung der aufrecht stehenden Aktiviersäulen gewöhnlich so getroffen, daß sie in einem Kreis um eine Heizdüse herum angeordnet sind, aus welcher sie auf höhere Temperaturen aufgeheizt werden; daher ist es praktisch unmöglich, von der Reaktionsanlage Aktivierstufen auszuscheiden oder ihre Anzahl zu vergrößern, um auf diese Weise eine Produktion von Aktivkohle verschiedenen Qualitätsgrades zu ermöglichen.

Dementsprechend ist es ein wesentliches Anliegen der Erfindung, eine Aufbereitungsvorrichtung für die Herstellung von Aktivkohle zu schaffen, die eine leichtere Herstellung von an verschiedene Anforderungen anzupassender Aktivkohle ermöglicht. Dabei wird eine Reaktionskammer in mehrere seriell hintereinander geschaltete Aktivierabschnitte unterteilt, so daß auf diese Weise die Nachteile, mit denen bekannte Reaktionsanlagen behaftet sind, ausgeschaltet werden.

Weiter ist es ein Merkmal der Erfindung, daß jede Trennwand in der Aktiviervorrichtung eine Öffnung aufweist,

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vermöge der ein Aktivierabt eil mit derr nächsten in Verbindung steht, wobei die Öffnung in der Nähe des Bodens des Reaktionsabteils in der Trennwand angeordnet ist.

Weiter soll die erfindungsgemäße Aufbereitungsvorrichtung in einfacher Weise abänderbar sein, falls die Produktion von Aktivkohle mit unterschiedlichem Qualitätsgrad gewünscht wird. Schließlich soll der erfindungsgemäße Aufbereitungsreaktor mit relativ geringen Kosten und ohne wesentliche Beeinträchtigung der Funktionstüchtigkeit zusammengebaut werden können.

Dazu schlägt die Erfindung eine Aufbereitungsvorrichtung vor, in der eine Reaktionskammer ausgebildet ist, welche in mehrere, beispielsweise drei, Aufbereitungsabteile durch Trennwände aufgeteilt ist. Das erste Abteil und das zweite oder mittlere Abteil sowie das zweite und das dritte oder letzte Abteil sinn jeweils miteinander durch Öffnungen in den Trennwänden zwischen dem ersten und dem mittleren Abteil bzw. zwischen dem mittleren und dem letzten Abteil verbunden.

Weiter können die Aufbereitungsabteile in ihrem Volumen variierbar sein, wodurch die Aufenthaltszeit in jedem Abteil im wesentlichen konstant gehalten werden kann.

Die genannten Merkmale der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels noch deutlicher hervortreten, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung einer Aufbereitungsvorrichtung für Aktivkohle, die mit den Merkmalen der Erfindung ausgestattet ist;

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Fig. 2 die Ansicht eines Querschnittes längs der Linie H-II in Pig.l; und

i-ig. 3 eine schema tische perspektivische Ansicht einer der in der Vorrichtung gemäß der Fig. 1 verwendeten Trennwände.

Die in den Figuren dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt einen Schachtofen 10, in welchem eine Kammer ausgebildet und durch einen perforierten Gas— stromverteiler 13 in eine Reaktionskammer 11 und eine Verbrennungskammer 12 unterteilt ist. Wie man am besten aus Fig. 2 erkennt, ist die Reaktionskammer 11 weiter in ein erstes, ein mittleres und ein letzte, s Abteil lla,11b und lic unterteilt, und zwar durch Trennwände 14a,14b und 14c, die jeweils aus einem Stück bestehen können. Damit ein Umbau der Vorrichtung im Sinne einer Zunahme oder Abnahme der Anzahl der Aufbereitungsabteile innerhalb der Reaktionskammer 11 leicht vorgenommen werden kann, kann jede dieser Trennwände 14a,14b und 14c aus mehreren feuerfesten Blöcken bestehen, während der Schachtofen 10 eine nicht dargestellte Zugangsöffnung oder -Tür besitzt, durch welche eine oder mehrere Personen die Reaktionskammer 11 betreten können.

Diese Trennwände 14a,14b und 14c ruhen mit ihrer Unterseite auf dem GassLromverteiler 13, während ihre Oberseite im wesentlichen an der Oberseite der Reaktionskammer 11 enden und in der dargestellten Ausführungsform zu einer im wesentlichen Y-Form angeordnet (Fig.2) sind.

Die Trennwände 14b und 14c zwischen dem ersten und dem Zwischenabteil lla und 11b sowie zwischen dem Zwischen- und dem letzten Abteil 11b und lic haben Durchgänge 15a und 15b am untersten Abschnitt jeder Trennwand in der Nähe des Verteilers 13. Wie man am besten aus Fig. 3 erkennt, besitzt jeder dieser Durchgänge 15a und 15b in

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den Trennwänden 14b und 14c die Form eines rechtwinkligen Ausschnittes oder einer Aussparung, die jedoch auch gerundete oder halbkreisförmige Form haben kann.

Eine Förderschnecke 16, die auch durch ein endloses Transportband o.dgl. Fördereinrichtungen ersetzt werden kann, führt durch die Außenwand des Schachtofens 10 in das erste Abteil 11a, so daß dieses mit kohlenstoffhaltigem Material beschickt werden kann, das aufbereitet werden soll und von einem Trichter 17 in konstanter Menge zugeführt werden kann. Das aus dem Trichter 17 durch die Förderschnecke 16 in das erste Aktivierabteil 11a eingeführte kohlenstoffhaltige Material gelangt durch den Durchgang 15a in das mittlere Abteil lib und dann durch den Durchgang 15b in das letzte Abteil lic, während es fluidisiert und zunehmend aktiviert oder aufbereitet wird, worauf noch weiter unten eingegangen wird. Das kohlenstoffhaltige Material, das in das letzte Abteil lic gelangte, strömt über eine Überlaufleitung 18 in der Wand des Schachtofens 10 als Aktivkohle· ab in einen nicht dargestellten Auffangbehälter, in welchen die Überlaufleitung 18 mit einem Ende mündet, während das andere Ende der Überlaufleitung 18 sich in das letzte Abteil lic öffnet. Man bemerke, daß der Einlaß in.den Schachtofen 10 an der Mündung der Förderschnecke 16 oberhalb der in die Abflußleitung 18 mündenden Auslaßöffnung liegt.

^Die einzelnen Aktivierabteile lla,11b und lic stehen mit der Umgebung über eine Abluftleitung 19 in Verbindung, die sich über Kopf des Schachtofens 10 nach außen erstreckt und während des Aufbereitungsverfahrens anfallende Gase aus den Abteilen abströmen läßt.

Zur Ausführung der Aufbereitung des kohlenstoffhaltigen Materials steht die Verbrennungskammer 12 mit einem Brenn-

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stoffbrenner 20 in Verbindung, aus welchem Flammen in die Kammer 12 schlagen; weiterhin steht die Verbrennungskammer 12 über die Leitung 22 mit einer Dampfdüse 21 in Verbindung. Die Dampfdüse 21 wird von einer nicht dargestellten Dampfquelle über eine Leitung 2 3 versorgt und ist über eine Leitung 24 weiterhin mit einer ebenfalls nicht dargestellten Luftquelle verbunden. Die Dampfdüse 21 ist ferner an die Abgasleitung 19 über ein Leitungssystem 25 angeschlossen, um einen Teil des durch die Abgasleitung 19 entströmenden Abgases zu gewinnen und der Dampfdüse 21 vermöge des Druckdifferentials zuzuführen, so daß die den Abgasen innewohnende Wärmeenergie zum Aufheizen des dadurch erzeugten Dampfes ausgenutzt werden kann.

Wie man am besten aus Fig. 2 erkennt, haben die Abteile 11a,11b und lic unterschiedliche Volumina, die in der Reihenfolge vom ersten Abteil lla zum letzten Abteil lic abnehmen, so daß die Aufenthaltszeiten der fluidisierten Massen an kohlenstoffhaltigem Material in diesen Abteilen lla,11b und lic im wesentlichen untereinander gleich gehalten werden können. Anders ausgedrückt, da mit zunehmender Aufbereitung die scheinbare Dichte und Partikelgröße des kohlenstoffhiltigen Materials abnehmen, nimmt die Fluidisierung der Massen an kohlenstoffhaltigem Material in den mittleren und letzten Abteilen 11b und lic zu relativ zu der jeweils vorhergehenden Stufe, wenn die Volumina dieser Abteile lla,lib und lic gleich gehalten würden. Wenn die Volumina der Abteile lla,lib und lic nicht einzeln geeignet gewählt werden im Hinblick auf die abnehmende scheinbare Dichte und Partikaigröße, würde das dazu führen, daß die fluidisierte Masse an kohlenstoffhaltigem Material in jeder nachfolgenden Stufe, d.h. in dem mittleren Abteil und in dem letzten Abteil 11b und lic nicht richtig und nicht ausreichend aufbereitet würde.

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Es kann an sich der Fall eintreten, daß ein Teil des in das Aufbereitungsabteil gelangenden kohlenstoffhaltigen Materials in das nachfolgende Abteil gelangt, ohne in dem vorhergehenden Abteil ausreichend fluidisiert worden zu sein. Um dies zu vermeiden, sollten die Durchgänge 15a,15b, die jeweils in den Trennwänden 14b und 14c ausgebildet sind, eine Querschnittsfläche von etwa 1/30 bis 1/20 der Oberfläche des Teils jeder Trennwandfläche besitzen, an dem das in jedem Abteil lla,11b und lic aufzubereitende kohlenstoffhaltige Material anliegt; weiter sollte jeder Durchlaß in der Mitte der Breitenerstreckung jeder Trennwand und an ihrem Boden angeordnet sein. Weiter sollte jeder rechtwinklig geformte Durchgang 15a und 15b ein Breiten- zu Höhenverhältnis von etwa 3:1 bis 1:3, vorzugsweise von etwa 3:2 bis 1:2 haben.

Wenn jedenfalls die Querschnittsfläche des Durchgangs 15a oder 15b größer als 1/20 des Flächenabschnittes der Trennwand ist, den das zu fluidisierende kohlenstoffhaltige Material in jedem Abteil kontaktiert, wird die Aufbereitungsgeschwindigkeit, ausgedrückt als prozentuale Menge der Partikel des kohlenstoffhaltigen Materials, die ausreichend aufbereitet sind zu derjenigen Menge, die nicht und/oder nicht ausreichend aufbereitet ist, abnehmen, so daß dies dann zu einer Minderung der Produktqualität führt. Wenn andererseits die Querschnittsfläche kleiner als der 1/30-Grenzwert ist, wird in einem der Durchgänge 15a und 15b eine Blockierung eintreten, so daß dadurch der Strom des kohlenstoffhaltigen Materials von einem Abteil zum nächsten Abteil behindert werden würde.

Um weiterhin eine gleichförmige Aufbereitung in jedem Abteil lla,11b und lic sicherzustellen, sollten die Höhen der fluidisierten Massen an kohlenstoffhaltigem Material

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in den Abteilen im wesentlichen untereinander gleichbleiben, und zwar vorzugsweise gleich oder weniger als 1/2 der Höhe jeder Trennwand 14a,14b oder 14c. Dies kann in leichter Weise dadurch erreicht werden, daß das kohlenstoffhaltige Material durch diese Abteile 11a,11b und lic nacheinander strömt, während Rohmaterial und Aktivkohle kontinuierlich aus dem Trichter 17 über die Förderschnecke 16 zugeführt bzw. aus dem letzten Abteil lic über die Überlaufleitung 18 in solcher Weise entnommen werden, daß die Menge an zugeführtem kohlenstoffhaltigem Material ausreicht, dieMenge an aus dem letzten Abteil lic als Endprodukt entnommener Aktivkohle zu kompensieren.

Das Fluidisieren der kohlenstoffhaltigen Materialmassen in den jeweiligen Abteilen wird durch den Aufwärtsstrom des erhitzten gasförmigen Aktiviermediums aus der Verbrennungskammer 12 in die Abgasleitung 19 durch den perforierten Verteiler 13 bewirkt, während das kohlenstoffhaltige Material in jedem Abteil auf solche Temperatur aufgeheizt, wird, daß die Aufbereitung oder Aktivierung des Materials mit dem Aufbereitungsgas stattfinden kann.

Im einzelnen kann die Durchsatzrate des Aktiviergases von unten nach oben durch jedes Abteil so gewählt werden, daß die Fluidisierungsgeschwindigkeit im Bereich von 60 bis 70 cm pro Sekunde liegt, was im einzelnen von der Partikelgröße und ihrer Verteilung abhängt^ jedoch unabhängig von der Anzahl der Abteile ist, die erfindungsgemäß wenigstens 2 oder mehr sein können.

Das oben erwähnte und nachfolgend weiterhin angegebene kohlenstoffhaltige Material muß natürlich geeignet sein, sich zu Aktivkohle aufbereiten zu lassen, und kann beispielsweise nicht sinternde Kohle, karbonisierte Holzkohle, kai onisiertes pflanzliches Material, wie beispiels-

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weise Kokosnußschalen, Hickory-Nußhüllen, Holz- und Fruchtkerne, Petroleum, Koks und Knochenkohle sein,wobei die Teilchengröße von 26 bis 42 Maschen reichen kann, um eine Fluidisierung in jedem Abteil sicherzustellen. Das genannte Aktiviergas kann Sauerstoff, Luft> Dampf, Kohlenstoffdioxid sowie eine Mischung dieser Stoffe enthalten, obgleich Dampf bevorzugt wird.

Die folgende Tabelle erläutert die Schwankungsbreite verschiedener Parameter entsprechend der Anzahl von Aufbereitungsabteilen in der Reaktionskammer 11.

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- LO-

Tabelle:

Anzahl der Abteile

Rohmaterial

Zugabemenge pro Stunde

Scheinbares spezifisches Gewicht d.Rohmaterials

Abgabemenge an Aktivkohle

Scheinbares spezifisches Gewicht der Aktivk ο hie

Produkt Qualität: Azeton-Adsorption Fluidisiergeschwindigkeit

Mittlere Verweilzeit Temperatur:

Kokosnußschale Kokosnußschale

Kokosnußschale

280 - 320 220 - 250 180 -

668-675 g/lit. 668-675 g/lit. 668-675 g/lit.

180-200 Kg/h 110-130 Kg/h 60 - 70

570-580 g/lit. 530-540 g/lit. 440-460 g/lit.

23.1-23.8 I 26.8-27.7 I 34.7-35.1 I 60 - 70 cm/sec. 60 - 70 cm/sec. 60 - 70 an/sec.

2 h 3 h

4 h

Erstes Abteil	820-830⁰C.	830-840⁰C.	840-850⁰C.
Zweites Abteil	840-850⁰C.	850-860⁰C.	860-870⁰C.
Drittes Abteil	_——	860-880⁰C.	870-890⁰C.
Letztes Abteil	——.	—_	890-910⁰C.
Größe des Übergangs in
jeder Trennwand
Breite	15 an.	15 cm.	15 an.
Höhe	30 an. »	30 an.	30 an.

Verhältnis der Querschnittsfläche des Übergangs zu der bis Füllhöhe reichen- 1/25 den Fläche jeder Trennwand 1/25

1/25

Lage des Übergangs in jeder Trennwand In der Mitte der Trennwandbreite und nahe dem Boden der Trennwand

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Aus der vorstehenden Beschreibung der Erfindung entnimmt man, daß Aktivkohle von relativ hoher Qualität wegen der mehrstufigen Aufbereitung mit einer einzigen Aufbereitungsvorrichtung erhalten werden kann. Weiter kann eine Abänderung der Vorrichtung im Sinne einer Zunahme oder Abnahme der Anzahl der Abteile leicht ausgeführt werden, da jede Trennwand die Reaktionskammer in mehrere Abteile unterteilt und aus feuerfesten Blöcken besteht.

Dem Fachmann sind an der vorstehend beschriebenen Ausführungsform der Erfindung selbstverständlich mancherlei Änderungen geläufig, ohne daß dadurch von dem Erfindungsgedanken abgewichen wird. Beispielsweise können die Trennwände 14a und 14b und 14c, die oben als in einer Y-Form angeordnet beschrieben wurden, auch in einer linearen Richtung untereinander parallel errichtet werden; alternativ können sie dann, wenn die Wände 14a,14b und 14c zylindrische Form haben, auch koaxial mit Abstand zueinander angeordnet werden. Weiter kann die Anzahl der Durchgänge 15a oder 15b in jeder Trennwand nicht auf jeweils einen beschränkt bleiben; vielmehr können auch mehrere Durchgänge vorgesehen sein, in welchem Fall sie relativ zueinander horizontal angeordnet sein sollten,d.h. in der Breitenrichtung jeder Trennwand, wobei ferner darauf zu achten wäre, daß sie so groß gehalten sind, daß eine Blockierung nicht eintreten kann.

Insgesamt wurde eine Vorrichtung zur Aufbereitung von Aktivkohle aus kohlenstoffhaltigem Material beschrieben, wobei Aktivier- oder Aufbereitungsgas verwendet wird. Die Vorrichtung besitzt eine Reaktionskammer, die durch Trennwände in mehrere Aufbereitungsabteile unterteilt ist. Jede Trennwand weist einen Durchgang auf, der die angrenzenden Abteile verbindet und ein Durchströmen des kohlen-

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stoffhaltigen Materials von einem Abteil in das nächste erlaubt. Auf diese Weise strömt das kohlenstoffhaltige
Material seriell und nacheinander von einem ersten
Abteil bis zu einem letzten Abteil und wird in jedem
Abteil fluidisiert. Das Material im letzten Abteil wird nach außen aus der Vorrichtung heraus abgenommen, und
zwar über eine Überflußleitung, die zu einem geeigneten Auffangbehälter führt.

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Claims

Ansprüche

1. Vorrichtung zur Aufbereitung oder Herstellung von Aktivkohle aus kohlenstoffhaltigem Material mit einem aktivierenden oder aufbereitenden Gas, gekennzeichnet durch folgende Kombination: einen Schachtofen (10) mit einer in ihm aufrechtstehend ausgebildeten Kammer; einem perforierten Gasstromverteiler (13), der die Kammer in eine Reaktionskammer (11) und eine Verbrennungskammer (12) unterteilt und den aus der Verbrennungskammer in die Reaktionskammer aufwärtsströmenden Aktiviergasstrom gleichförmig verteilt; eine Einrichtung (14) zur Unterteilung der Reaktionskammer (11) in wenigstens zwei Abteile (11a,lib,lic), wobei die Einrichtung wenigstens einen Durchgang (15) besitzt, der eine Verbindung zweier Abteile schafft; durch eine Zuführeinrichtung (16) für das kohlenstoffhaltige Material in konstanter Durchsatzrate zu einem Abteil; einer Abnahmeeinrichtung (18), die mit einem zweiten Abteil verbunden ist und über welche das kohlenstoffhaltige Material in Form von Aktivkohle entnehmbar ist; eine Heizeinrichtung (20) zum Aufheizen des kohlenstoffhaltigen Materials in den Abteilen auf benötigte Temperaturen; eine Zufuhreinrichtung (21) für Aktiviergas zu beiden Abteilen aus der Verbrennungskammer durch den Verteiler, wodurch die jeweiligen Massen an kohlenstoffhaltigem Material in den Abteilen während ihrer Aufbereitung fluidisiert werden; eine Abgaseinrichtung (19) zur Ableitung der Abgase aus der Reaktionskammer an Atmosphäre, so daß einem ersten Abteil zugeführtes kohlenstoffhaltiges Material aus dem

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Abteil in das zweite Abteil durch den Durchgang in der Unterteileinrichtung strömt, während es von dem Aktiviergas fluidisiert wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterteileinrichtung eine Trennwand (14a,14b,14c) ist, in welcher am Boden der Durchgang (15a,15b) ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abnahmeeinrichtung eine Überlaufleitung (18) aufweist, die mit einem Ende in die zweite Kammer und mit dem anderen Ende in eine geeigneten Aufnahmebehälter mündet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchgang eine Querschnittsfläche besitzt, die etwa 1/20 bis 1/30 des Flächenteils der Trennwand entspricht, der von dem fluidisierten, kohlenstoffhaltigen Material kontaktiert wird.

5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Abgasleitung (19) und der Zugabeeinrichtung (21) für das Aktiviergas ein Leitungssystem (25) geschaltet ist, das die Ausnutzung der von den Abgasen mitgeführten Wärmeenergie für das Aktiviergas erlaubt.

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