DE2947346C2 - Verfahren zur Gewinnung von Aktivkohle oder Koks und Trommelofen zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Patentanspruch 1 und einen Trommelofen gemäß dem Palentanspruch 4.

Im Zusammenhang mit der mechanischen Holzveredlung entstehen große Mengen feuchter Abfälle, die man durch Verbrennen zu nutzen versucht hat.

Auch der als Brennstoff verwendete Frästorf enthält in lufttrockenem Zustand noch erhebliche Wassermengen.

Bei der Furfuralgewinnung entsteht ziemlich feinkörniger und feuchter Abfall (Feuchtegehalt ca. 40— Gew.-%), der nur einen geringen Aschegehalt, dafür aber einen hohen Gehalt an Kohlenstoff und flüchtigen Stoffen aufweist. Auch dieses Abprodukt kann durch Verbrennen beseitigt werden.

Die durch Verbrennen dieser organischen feinkörnigen, reichlichen Mengen an Wasser, Kohlenstoff und flöchtigen brennbaren Substanzen enthaltenden Abfälle gewinnbare Wärme wird durch den hohen Feuchtegehalt vermindert. Außerdem gestaltet sich das Verbrennen solcher Stoffe in herkömmlichen Verbrennungsanlagen schwierig.

Bei den bisheringen Versuchen, organische Stoffe der oben genannten Art zu nutzen, z. B. zur Gewinnung von Aktivkohle, hat man diese vorher im allgemeinen zumindest teilweise getrocknet, sie dann erst verkohlt und danach mit Wasserdampf aktiviert Die Invesütions- und Betriebskosten solcher bereits bekannter Aktivkohle-Gewinnungsverfahren liegen jedoch, bedingt durch die Zahl der separaten Behandlungsstufen und den hohen Energiebedarf vor allem beim Aktivieren mit überhitztem Dampf, beträchtlich hoch. Beim Verarbeiten von Stücktorf als Aktivkohle-Rohmaterial und Durchführung der Wasserdampf-Aktivierung im Trommelofen sind lange Reaktionszeiten erforderlich, und man erhält ein Produkt von geringer mechanischer Festigkeit Die so gewonnene Aktivkohle ist nicht für Einsatzbereiche geeignet in denen von ihr hohe mechaniche Beständigkeit gefordert wird.

Aus der DE-OS 25 21 667 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Regenerieren vor; Aktivkohle bekannt Dabei werden senkrecht stehende, in dieser Position festliegende Kammern für die Behandlung der verbrauchten Aktivkohle beschrieben. Die zu behandelnde Kohle wird jeweils in einem vorgeschalteten Trockner mit einem gesonderten Gasstrom von überschüssiger Feuchtigkeit befreit Nach dem Trocknen begegnet die Kohle im senkrechten Fall einem im wesentlichen gegenläufigen Wasserdampfstrom. Es ist somit bei der bekannten Vorrichtung weder das Verkoken einer organischen Substanz noch dessen Zuführung mit relativ hohem Feuchtigkeitsgehalt unmittelbar in den Reaktionsofen vorgesehen. Auch benötigt die bekannte Verfahren_oveise die gesonderte Zuführung von Wasserdampf.

In der DE-OS 26 06 368 sind ein Verfahren zur Herstellung von Aktivkohle und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens angegeben. Hiernach wird der zu verkokende Stoff chargenweise in einer konstruktiv relativ aufwendigen ersten Kokille unter Luftabschluß verkokt. Der gebildete Koks wird durch Zufuhr von Wasser gekühlt Der entstehende Wasserdampf wird in eine zweite Kokille geleitet, in der die vorausgehende Charge des Kokses mit dem Wasserdampf zu Aktivkohle aktiviert wird. Alternativ können die Verkokung und die Aktivierung auch in einer einzigen Kokille erfolgen. Dabei muß aber die Kokille in zwei Räume geteilt sein und weitere konstruktive Besonderheiten, z. B. eine in Längsrichtung zweigeteilte Hohlwelle, aufweisen. In beiden Fällen kann der zu verkokende Stoff nur in vorgetrocknetem Zustand eingesetzt werden, da nach dem Einfüllen dieses Stoffs in die Kokille kein Trocknuigsschritt vorgesehen ist, sondern sofort die Verkokungsstufe beginnt. In jedem Fall ist auch bei der bekannten Verfahrensweise eine gesonderte Zufuhr von Wasser bzw. Wasserdampf erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfacheres und wirtschaftlicheres Verfahren und einen Ofen zur Gewinnung von Koks oder Aktivkohle aus feuchten organischen Stoffen, wie Furfuralabfällen, Frästorf und gebrochenem Stücktorf, zu schaffen.

Diese Aufgabe wird gemäß den Patentansprüchen gelöst.

Auch verhältnismäßig trockene Abfälle können nach dem erfindungsgemäßen Verfahren im erfiridungsgemäßen Trommelofen verarbeitet werden, sofern man sie zuvor anfeuchtet.

Der erfindungsgemäße Trommelofen kann zusätzlich Vorrichtungen zum Verbrennen der aus dem Ofen kommenden reduktiven Gase aufweisen.

Auch könnt:i an dem Trommelofen Vorrichtungen zum Kühlen der aus dem Öfen kommenden heißen, feuchten Gase sowie zur Abscheidung upd Gewinnung von Stäuben (in einer oder mehreren Fraktionen) vorgesehen sein. _v

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und unter Einsatz des erfindungsgemäßen Trommelofens läßt sich aus feuchten, feinkörnigen organischen Stoffen unmittelbar in einer einzigen Arbeitsstufe Aktivkohle oder Koks gewinnen. Gemäß der Erfindung werden das feuchte Rohmaterial und reduktiv zu verbrennender Hilfsbrennstoff sowie eventuell Rauchgase aus dem Ofen durch Einleiten in einen nach dem Gleichstromprinzip arbeitenden Trommelofen miteinanir in Kontakt gebracht, wobei im Trommelofen in der Trockenzone zuerst Wasser aus dem Rohmaterial freigesetzt wird und bei weiterem Erhitzen des so getrockneten Rohmaterials in der Verkokungszone brennbare Gase und Teer freiwerden, die unter Zufuhr von Luft, Sauerstoff oder eines Luft-Sauerstoff-Gemisches über verschiedene Stellen des Trommelofen-Mantels reduktiv verbrannt werden, wobei die Gastemperatur und -zusammensetzung so reguliert werden, daß als Endprodukt entweder Koks oder Aktivkohle anfällt

Das erfindungsgemäße Verfahren und der erfindungsgemäße Trommelofen bieten gegenüber den herkömmlichen, mit Wasserdampf arbeitenden Aktivierungsprozessen beträchtliche Vorteile: Nutzung billiger feuchter, feinkörniger Abfälle und Rohstoffe; einstufiger kombinierter Trocknungs-, Verkokungs- und Aktivierungsprozeß; separate Einspeisung von Wasserdampf in die Aktiviei ungszone entfällt; die Produkte fallen fertig nach Korngrößen klassiert an, teils in körniger, teils in pulvriger Form; unkompliziertes und leicht regelbares Verfahren; konstruktiv einfacher und im Betrieb zuverlässiger Trommelofen.

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Trommelofens schematisch erläutert Es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Trommelofens mit vorgeschalteter Beschickungsvorrichtung und nachgeschalteten Kühl- und Reinigungsvorrichtungen, teilweise im Schnitt, zum Trocknen, Verkoken und Aktivieren, sowie

F i g. 2 einen Trommelofen mit den unmittelbar vor- und nachgeschalteten Hilfsvorrichtungen, teilweise im Schnitt, zum Trocknen und Verkoken.

Feuchter, etwa 40 bis 50 Gewichtsprozent Wasser enthaltender Furfuralabfall wird über eine Aufgabevorrichtung 1 in Fig. 1 und ein Rohr 2 in;; vordere Ende eines Trommelofens 3 eingetragen. Am vorderen Ende des Trommelofen* 3 befindet sich ein Brenner 4, in dem irgendein Brennstoff, zum Beispiel Naturgas, mit Luft, Sauerstoff oder Luft-Sauerstoff-Gemisch reduktiv verbrannt wird. Als Brennstoff kann aber auch öl. Umlaufgas oder der zu verarbeitende Stoff verwendet werden. An der innenwand des vorderen Endes des Trommelofens 3 sind in einem gegenseitigen Abstand mehrere längsgerichtetc Heber 5 angeordnet, die dazu dienen, den feuchten Furfuralabfall zum Trocknen in einer Trockungszone β mit heißen Rauchgasen zu vermischen. Hinter der TrockpungszoRe 6 werden der getrocknete Furfuralabfall und die feuchten Rauchgase in eine Verkokungszone 7 geleitet, die Düsen 8 zum Einblasen zusätzlicher Luft in diese Zone 7 zur Verkokung des getrockneten Furfuralabfalls und zum Verbrennen der beim Verkoken anfallenden brennbaren Gase aufweist

Bei der in F i g, I dargestellten Ausführungsform sind im Trommelofen 3 hinter der Verkokungszone 7 an der Innenwand in Längsrichtung mehrere Heber 5' in gegenseitigem Abstand angeordnet, die dazu dienen, den Koks und die aus der Verkokungszone 7 kommenden feuchten, heißen Rauchgase zum Aktivieren des (Cokes in einer Aktivierungszone 9 miteinander zu vermischen. Am hinteren Ende des Ofens 3 sind ferner eine Kühlzone 10 und eine Sümkammer 11, über welche das gröbste Produkt aus der Trommel über Rohr 12 abgeführt wird, vorgesehen. Das Gemisch aus Gas und darin enthaltenem Produkt wi-:¹. über ein Rohr 14 dem Gaskühler 13 zugeführt. Aus dem Gaskühler 13, in dem der feinere Teil 17 des Produkts abgetrennt wird, wird der restliche Teil über ein Rohr 15 zu einem Beutelfilter 16 geleitet, wo das feinste Produkt IT von den Gasen getrennt wird. Die Gase gelangen dann weiter über ein mit einem Gebläse 18 versehenes Abzugsrohr 19 in einen Schornstein 20.

Das Abgas des Trommelofens 3 enthält beträchtliche Mengen brennbarer Bestandteile, die zu einem großen Teil vor Erreichen des Gaskühlers 13, d. h. des Abwärmekessels, verbrannt werden können, so daß auch diese Energie nicht verloren geht. Ein solcher Nachbrenner ist in Fig. 1 mit der Bezugszahl 21 dargestellt.

Die brennbaren Bestandteile können aber auch erst nach Abscheiden der staubförmigen Aktivkohle 17 von den Gasen verbrannt werden.

Ein Teil der Trommelofen-Abgase kann auch umgewälzt werden, Dabei kann das aus dem Ofen abgehende Abgas über einen (nicht dargestellten) Zyklon geleitet und dort entstaubt werden. Ein Teil der Gase wird dann zur Verbrennung mit sauerstoffhaltigem Gas versetzt und zurück zum vorderen Ofenende geleitet. Der restliche Teil des Gases wird der Kühlung und der Staubabscheidung zugeführt. Das ans vordere Ofenende zurückzuleitende Umwälzgas kann dem Abgas natürlich auch erst nach erfolgter Kühlung und Staubabscheidung entnommen werden.

Soll nur Koks erzeugt werden, so können bei der in F i g. 1 gezeigten Anlage die hinter der Verkokungszone 7 angeordneten Heber 5' weggelassen werden. Die Aktivierung ist ein endothermer Vorgang und erfordert für ihren Ablauf eine intensive Vermischung von Gas und Material. Die Verkokung hingegen erfordert kein so intensives Vermischen. Vor allem dann, wenn die Verkokung bei hoher Temperatur, z. B. bei 900 b<s 1000°C, durchgeführt werden soll, ist auf ein Mischen zu verzichten, damit nicht statt Koks Aktivkohle anfäll;. Beim Verkoken getrockneten Furfuralabfalls ist die Verweilzeit im Ofen kürzer, so daß es zu keiner Aktivierung des Kokses kommt. Die Kapazität des Trommelofens 3 kann dann auf einen höheren Wert eingestellt werden.

Die Verbrennung des Brennstoffes kann unter Zufuhr von Luft, Sauerstoff oder eines Luft-Sauerstoff-Gemisches erfolgen. Wird Gas mit hohen Konzentrationen an CO, CO2, H2 und HjO gewünscht, zum Beispiel für einen

externen Vergasungsprozeß oder zur Herstellung von Wassergas oder hochwertiger Aktivkohle, so kann die Verbrennung unter ausschließlicher Verwendung von Sauerstoff durchgeführt werden.

Der in F i g. 2 dargestellte Trommelofen 3 unterschei- ί det sich vom Trommelofen aus F i g. f darin, daß hinter der Verkokungszone 7 keine Heber 5' mehr angeordnet sind, d. h. daß die Aktivierungszone 9 weggelassen wurde.

Die Prozeßregelung geschieht über die Regelung der Vcrweilzeit sowie der Gastemperatur und - Zusammensetzung. Auch durch Regulierung der Feuchte des Eintrags läßt sich das Endergebnis beeinflussen. Bei Bedarf kann die F.intragsfeuchle durch Trocknen mil Abgas verringert oder, falls das einzutragende Gut für i> die Aktivierung zu trocken ist, kann das Gut angefeuchtet werden. Der Bedarf an Hilfsbrennstoff für den Prozeß läßt sich durch Verbrennen eines Teils des Eintrags, durch Verbrennen von mehr flüchtigen

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der Verbrennungsluft mit Abgasen oder durch Umwälzen eines Teils der Abgase senken.

Im folgenden wird die Erfindung durch Beispiele näher erläutert.

Beispiel!

In einen Trommelofen von 10.6 m Länge und 0.8 m lichter Weite wurde Furfuralabfall eingetragen, der 78% flüchtige Stoffe enthielt bei einer Analyse von 49% C und 1,7% Asche, bezogen auf die Trockensubstanz. Der Jo Abfall hatte einen Feuchtegehalt von 52,5%. und die Trockensubstanz setzte sich zu 94% aus Korngrößen un'er 10 mm und zu 8% aus Korngrößen unter 0,42 mm zusammen. Der feuchte Furfuralabfall wurde mit einer Geschwindigkeit von 151 kg/h in den Trommelofen J5 eingetragen. Hilfsbrennstoff über den Brenner am vorderen Ofenende waren 14.8 kg Butan/h bei einer Luftzufuhr von 174 ni' /h. Über den Trommelmantel wurden an drei Stellen insgesamt 98 m¹ Luft/h (m¹ = gemessen bei einer Temperatur von 0°C und einem Druck von 1 bar) in die Verkokungszone geleitet. Die Trommeltemperatur in der Aktivicrungszone betrug 930"C. und das trockene Gas enthielt 3% CO und 3% H;. Die Trommel machte zwei Umdrehungen pro Minute. Das aus der Trommel abgehende Gas ⁴^ wurde am hinteren Ofenende in der Stirnkammer unter Zuleitung von 284 m^J Luft/h und von 5.1 kg Butan/h als Hilfsbrennstoff verbrannt.

Als Produkt lieferte die Trommel 3,0 kg/h Aktivkohle mit einer BET-Oberfläche von 659 m-'/g und einem Aschegchalt von 17.2%. Im Abwärmekessel fielen 0,73 kg/h Aktivkohle an (BET-Oberfläche 664 m^J/g. Aschegehalt 20,4%), und das Beutelfilter lieferte 0,31 kg/h Aktivkohle (BET-Oberfläche 246 m'/g. Aschegehalt 45.6%).

Beispiel 2

In den Trommelofen gemäß Beispiel 1 wurde Furfuralabfall eingetragen, der 78% flüchtige Stoffe und 1,7% Asche, bezogen auf die Trockensubstanz, enthielt. Feuchte des Furfuralabfalls 41,1%, 96% Korngrößen unter 10 mm, 11% Korngrößen unter 0,42 mm.

Eintrag 180 kg/h Furfuralabfall. als Hilfsbrennstoff am vorderen Ofciicnde 20.6 kg/h Butan. Luftzufuhr 253 m Vh. Über den Trommelmantel wurden an drei Stellen insgesamt 54 m'/h Luft in tlie Verkokungszone geleitel. Die Trommeltemperalur in der Aktivierung*· zone betrug 900°C. das trockene Gas enthielt 4% CO und 4% H:. Das aus der Trommel abgehende Gas wurde gemäß Beispiel I verbrannt (Luftzufuhr dabei «.-> m)/l» ,.Ic llilichrnnntlr.rr Riilan If) Itu/hl

Als Produkt lieferte die Trommel 1.9 kg/h Aktivkohle (BET-Oberfläche 652 mVg. Aschegehalt 6.0% gewaschen). Im Abwärmekessel fielen 3.2 kg/h Aktivkohle an (BET-OberflacheoOl ni'/g. Aschegehalt 15.5%). und das Beutelfilter lieferte 0,3 kg/h Aktivkohle (BET-Oberfläche 519 mVg, Aschegehalt 15.7%).

Beispiel 3

In •'on Trommelofen gemäß Beispiel I wurde Furfuralabfall eingetragen, der 78°/o flüchtige Stoffe bei einer Analyse von 46% C und 1.2% Asche, bezogen auf die Trockensubstanz, enthielt. Der Furfuralabfall hatte eine Feuchte von 43.8%. die Trockensubstanz bestand zu 94% aus Korngrößen unter 10 mm und zu 8% aus Korngrößen unter 0,42 mm. Furfuralabfall-Eintrag 150 kg/h, als Hilfsbrennstoff über Brenner am vorderen Ofenende 15,1 kg/h Butan, Luftzufuhr 178 mVh. Über den Trommelmantel wurden an drei Stellen insgesamt 87 mVh Luft in die Verkokungszone geleitet. Die Trommeltemperatur in der Aktivierungszone betrug 940° C. das trockene Gas enthielt 3% CO und 3% H₂.

Das aus der Trommel abgehende Gas wurde wie in den vorangehenden Beispielen verbrannt (Luftzufuhr 245 mVh, Hilfsbrennstoff über Brenner 5,1 kg/h Butan).

Als Produkt lieferte die Trommel Aktivkohle (BET-Oberfläche 801 mVg. Aschegehalt 15,5%) Der Abwärmekessel lieferte ein Produkt, dessen BET-Oberfläche 664 m²/g und dessen Aschengehalt 16,9% betrug, und im Beutelfilter fiel ein Produkt mit einer BET-Oberfläche von 257 m²/g und einem Aschegehalt von 50.7% an.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Gewinnung von Aktivkohle oder Koks aus feuchter organischer Substanz, wobei die feuchte organische Substanz zuerst in einer Tracknungszone mit heißen Rauchgasen vermischt wird, die getrocknete organische Substanz und sauerstoffhaltiges Gas zum reduktiven Verbrennen der in der organischen Substanz enthaltenen flüchtigen Bestandteile unter erhöhter Temperatur in eine Verkokungszone geleitet werden und das verkokte Produkt vom Gas getrennt oder in eine Aktivierungszone geleitet wird, wo ein Vermischen mit heißen, feuchten Gasen erfolgt, und die Gase zum Schluß von der Aktivkohle getrennt werden, '⁵ dadurch gekennzeichnet, daß die organische Substanz mit einem Feuchtegehalt von 30 bis 70Gew.-% eingesetzt wird sowie das Trocknen, Verkoken und Aktivieren oder das Trocknen und Verkoken nach dem Gleichstromprinzip in ein und demselbeo Trommelofen und das Aktivieren ohne besonderen Wasserdampfzusatz erfolgen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß als organische Substanz ein bei der Furfuralgewinnung entstehender Abfall dient

3. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, deS ein Teil der anfallenden heißen Gase in die Trocknungszone geleitet wird.

4. Trommelofen zur Durchführung des Verfahrens ^x nach Anspruch 1 mit Organen zum Eintragen feuchter organischer Substanz und heißer Rauchgase in die im vorderen Off-.teil befindliche Trocknungszone, welche Mischungsorgane aufweist, mit Organen zum Ableiten der wi.der Aktivkohle oder dem Koks und der reduktiven Verbrennung stammenden Gase am hinteren Ofenende, wobei im Ofen eventuell Mischungsorgane angeordnet sind, die dazu dienen, das aus der Verkokungszone stammende heiße, feuchte Gas und den Koks zum Aktivieren des letzteren zu Aktivkohle miteinander zu vermischen, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verkokungszone (7) Düsen (8) zum Einleiten von sauerstoffhaltigem Gas vorgesehen sind.

5. Trommelofen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Trocknungs- und in der Aktivierungszone angeordneten Mischungsorgane von an der Ofeninnenwand im wesentlichen in Längsrichtung befestigten Hebern (5, 5') gebildet werden. ^Μ