DE3115485C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Filterkohle aus deutschem Anthrazit, insbesondere für die Trinkwasseraufbereitung, wobei die Kohle zerkleinert, klassiert und einer Wärmebehandlung unterworfen wird.

Filterkohle besitzt insbesondere für die Trinkwasseraufbereitung eine besondere Bedeutung. Die Qualität des Filtervorganges wird dabei wesentlich durch die Reinheit der Filterkohle bestimmt. Zu den unerwünschten Verunreinigungen zählen vor allem kancerogene Stoffe. Diese Stoffe offenbaren sich durch Fluoreszenz im UV-Licht nach Extraktion mit Zyklohexanen. Semianthrazite aus Wales, dem Donaubecken und den USA fluoreszieren so schwach, daß sie ohne weiteres für die Trinkwasseraufbereitung geeignet sind. Deutsche Anthrazite fluoreszieren dagegen so stark, daß ihr Einsatz als Filterkohle problematisch ist.

Bei der Herstellung von Aktivkohle für Filterzwecke ist es bekannt, als Ausgangsmaterial Steinkohle unter zunächst gelinder Erwärmung auf etwa 300°C zu erhitzen. Allerdings dient die Wärmebehandlung einer gleichzeitigen Beimischung von Sauerstoff. Außerdem sehen die z. B. aus der DE-PS 9 09 453 und DE-PS 8 39 348 vorgesehenen Verfahrensherstellung von Filterkohle eine nachträgliche Aktivierung der Kohle bei hohen Temperaturen vor.

Auch wird bislang die Herstellung von Filterkohle aus Anthrazit als schwierig angesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Filterkohle insbesondere zur Trinkwasseraufbereitung möglichst wirtschaftlich herzustellen. Dabei wendet sich die Erfindung überraschenderweise dem deutschen Anthrazit zu, der sich bislang als Filterkohle nicht durchsetzen konnte.

Nach der Erfindung wird aus deutschem Anthrazit dadurch Filterkohle gewonnen, daß die selektive Zerkleinerung durch Strahlmahlung und Absieben der Grobpartikel erfolgt und die Grobpartikel in einer Wirbelschicht mit einer Gesamtverweilzeit von 7-9 Minuten auf 300 bis 380°C mit einem inerten Gas erwärmt werden.

Nach diesem Verfahren werden die leichtflüchtigen Stoffe in der Anthrazitkohle mit relativ geringem Aufwand ausgetrieben. Danach ist der deutsche Anthrazit praktisch fluoreszenzfrei. Er weist sogar noch günstigere Werte als die bekannten Semianthrazite auf. Das Wirbelbett ist eine ideale Behandlungseinrichtung für den deutschen Anthrazit. Im Wirbelbett läßt sich die notwendige Verweilzeit leicht sicherstellen. Dabei wird zwischen Gesamtverweilzeit und Verweilzeit eines jeden Kohleteilchens unterschieden. Die Gesamtverweilzeit eines jeden Kohleteilchens setzt sich zusammen aus der zum Erreichen der gewünschten Behandlungstemperatur erforderlichen Zeit und der Behandlungsdauer in dem erfindungsgemäßen Temperaturbereich, die mit Verweilzeit bezeichnet ist. Dabei ist die den Erwärmungszeitraum bestimmende Umgebungstemperatur durch die obere Grenze des erfindungsgemäßen Behandlungstemperaturbereiches begrenzt.

Als Ausgangsrohstoff wird deutscher Anthrazit verwendet. An sich sind diese Anthrazite zu weich, um als Filterkohlen dienen zu können. Die Erfindung geht in diesem Punkt von dem Gedanken aus, daß sich derartige Kohlen aus weichen und härteren Bestandteilen zusammensetzen. Die Ausgangskohle wird daher durch eine selektive Zerkleinerung aufbereitet. Durch die selektive Zerkleinerung werden die leichten Bestandteile (Fusit und Vitrit) soweit aussortiert, daß lediglich die als Filterkohle geeigneten, abriebfesten harten Bestandteile (Durite) zurückbleiben.

Die selektive Zerkleinerung setzt sich aus zwei Verfahrensschritten, einer Strahlmahlung und der Absiebung der jeweils groben Partikel zusammen. Bei der Strahlmahlung werden die Kohlepartikel gegen eine Prallfläche geschleudert. Dabei zerfallen zunächst die weicheren Bestandteile, so daß die härteren Bestandteile in leicht absiebbaren Grobkörnern konzentriert sind.

Nach der Erfindung wird für die selektive Zerkleinerung und Strahlmahlung ein üblicher pneumatischer Kohletransport unter bewußter Vergrößerung ansonsten unerwünschter Effekte genutzt. Dieser ansonsten bei üblichen pneumatischen Kohletransporten unerwünschte Effekt ist die unvermeidbare Umlenkung des Förderstromes an verschiedenen Stellen. Während ansonsten das Bestreben besteht, die Anzahl der Umlenkungen zu minimieren, wird nach der Erfindung die Anzahl der Umlenkungen so gesteigert, daß die mit jeder Umlenkung durch Aufprallen der Kohlepartikel verbundene Zerkleinerung das zum Absieben der Durite erforderliche Maß erhält. Nach der Erfindung beträgt die Anzahl der notwendigen Umlenkungen mindestens 8-15 bei einer Fördergeschwindigkeit von 18-25 m/sec.

Dieses Verfahren erlaubt es, aus jedem pneumatisch geförderten Kohlestrom geeignete Kohlepartikel für Filterkohlen herauszuziehen. Die mit der selektiven Zerkleinerung zugleich entstehenden Feinkohlenpartikel (Unterkorn) sind dabei kein Nachteil, sondern wirtschaftlich von Vorteil, da sie z. B. als Füllstoff für die Folienindustrie oder anderen Verwendungszwecken zugeführt werden können, die sonst eine zusätzliche Ausmahlung erfordern.

Ein vorteilhafter Nebeneffekt der selektiven Zerkleinerung nach der erfindungsgemäßen Temperaturbehandlung ist ein Abplatzen der letzten weichen Bestandteile der Kohle. Damit ist eine Trennung der dem klassierten Nutzkorn anhaftenden Feinpartikel verbunden. Die sich lösenden Feinpartikel werden abgesaugt. Diese Staubabsaugung verhindert zugleich einen Oberflächenbesatz der behandelten Aktivkohle mit karcerogenen Fremdstäuben.

Vorzugsweise findet auch eine Absaugung beim Absieben der Grobpartikel statt, damit nicht zu viele Feinkörner an den Grobpartikeln haften bleiben.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen die Fig. 1 und 2 Einzelheiten der in Fig. 3 schematisch wiedergegebenen Gesamtansicht einer Anlage zur Herstellung von Filterkohlen. Die Anlage ist aus einer üblichen pneumatischen Transportanlage mit einem Sendegerät 40 und einem Empfangsgerät 41 entstanden. Das Sendegerät 40 und das Empfangsgerät 41 sind durch eine Rohrleitung 42 miteinander verbunden. Die Rohrleitung besitzt eine Anzahl Rohrleitungskrümmer 1. Im Unterschied zu üblichen Anlagen ist die Anzahl der Rohrleitungskrümmer auf 8 erhöht worden. Je nach Bedarf sind bis zu 15 Rohrleitungskrümmer 1 vorgesehen. Die Rohrleitungskrümmer sind so ausgewählt, daß eine 90°-Umlenkung des Förderstromes unter möglichst senkrechtem Aufprall der transportierten Kohlepartikel auf die Rohrleitung in jedem Rohrleitungskrümmer stattfindet.

Die in Fig. 3 dargestellte pneumatische Transporteinrichtung arbeitet intervallmäßig. Zunächst wird Anthrazit mit etwa 9% flüchtigen Bestandteilen, in den Sendebehälter 40 gefüllt. Die eingefüllte Kohle besitzt bereits eine für den pneumatischen Transport ausreichende geringe Körnung. Das geschieht entweder nach Aufmahlung und ggf. Trocknung grobkörniger Ausgangskohle oder aber unter Verwendung von Anthrazitschlamm aus der Kohleaufbereitung nach dessen Trocknung.

Der Sendebehälter 40 wird nach dem Füllen verschlossen und unter Druckluft gesetzt. Dabei ist der gewählte Luftdruck so groß, daß eine Fördergeschwindigkeit von 18-25 m/sec entsteht. Der senkrechte Aufprall auf den Prallflächen der Rohrkrümmer 1 bewirkt, daß die Kohlepartikel selbst den Verschleiß der Prallflächen mindern, in dem mit Beginn des pneumatischen Transportvorganges aus aufprallenden Kohlepartikeln eine Kohlepartikelschicht entsteht, an der die weiteren Kohlepartikel aufprallen und durch den Aufprall zerkleinert werden. Nach der acht- bis fünfzehnmal wiederholten Zerkleinerung in den Rohrkrümmern 1 gelangt das Transportgut in den Empfangsbehälter 41, aus dem die Druckluft durch geeignete Filter entweicht, während die Kohlepartikel zurückgehalten werden. Aus dem Empfangsbehälter 41 werden die Kohlepartikel in eine übliche Klassierung 43 abgezogen, in der mit Hilfe geeigneter Siebe die Grobpartikel getrennt nach den Korngrößen 8-1,6 mm und 1,6-3,3 mm und 3,2 bis 4 mm abgesiebt werden. Das Abziehen kann unter Ausnutzung der Schwerkraft der Kohlepartikel durch einen trichterförmig ausgebildeten Boden des Empfangsbehälters erfolgen. Wahlweise ist der Empfangsbehälter jedoch zugleich auch als Klassierung ausgebildet.

Aus der Klassierung 43 werden die abgesiebten Grobpartikel über Trichter und Förderbänder einem Ofen 44 zugeleitet. In dem Ofen 44 herrscht eine Temperatur von 400°C und werden die Grobpartikel solange belassen, bis sichergestellt ist, daß alle Partikel 5 Minuten in einem Temperaturbereich von 300 bis 380°C getempert worden sind.

Die aus dem Ofen 44 nach dieser Wärmebehandlung austretenden Kohlepartikel werden noch einmal nachgesiebt, um die Grobkörner von abgeplatztem Feinkorn zu trennen. Die schematisch dargestellte Nachsiebung ist mit 45 bezeichnet.

Das nach Absieben des Grobkorns verbleibende Gut wird aus der Klassierung 43 beliebiger Verwendung zugeführt, d. h. der Grobanteil des übrigbleibenden Guts wird vorzugsweise für Staubfeuerung verwendet, während das entstandene Unterkorn sich mit besonderem Vorteil als Füllgut für die Herstellung von Folien aus Copolymerisaten nutzen läßt.

Im Ausführungsbeispiel haben der Sendebehälter und der Empfangsbehälter ein Volumen von 5000 l, beträgt der zur Erzeugung der gewünschten Fördergeschwindigkeit notwendige Druck 3,5 atü bei einem Durchmesser von 200 mm der Rohrleitung 42 und einer Rohrleitungslänge von 250 m.

Nachfolgend ist eine Tabelle über die Fluoreszenz verschiedener Kohlenarten vor und nach deren erfindungsgemäßer Behandlung wiedergegeben.

Intensitätsstufen Anthrazit a, 9% flüchtige
Bestandteile10 Anthrazit b, 6% flüchtige
Bestandteile 5 Anthrazit c, 7% flüchtige
Bestandteile 3 Anthrazit a bis 350°C 1 Anthrazit a bis 380°C 1 Zyklohexane ohne Extrakt 0

Ein für das erfindungsgemäße Verfahren besonders vorteilhafter Rohrleitungskrümmer 1 ist in den Fig. 1 und 2 im Detail dargestellt.

Wie sich aus einem Vergleich der Fig. 1 und 2 miteinander ergibt, ist das allgemein mit 1 bezeichnete Formstück im Querschnitt rechteckig, besteht also im wesentlichen aus zwei im Querschnitt die längeren Seiten des Rechteckes bildenden Deckplatten 2 und 2′ sowie aus mehreren die Schmalseiten 3 und 4 des jeweiligen Querschnittes bildenden Wandabschnitten.

Ein gebogenes Wandstück 5 beginnt bei 6 und endet bei 7 an einem Flansch 8. Das gebogene Wandstück 5 dient zum Anschluß eines zuführenden Rohrstückes 9, das in ausgezogenen Linien wiedergegeben ist. Der Anschluß erfolgt durch eine nach dem Querschnitt runde Ausnehmung 10, in der das teilweise eingeführte Rohrstück 9 mit einer Schweißnaht 11 befestigt ist. Das gestrichelt wiedergegebene zuführende Rohrstück 9′ ist in der gleichen Weise befestigt. Seine Wiedergabe in der Zeichnung macht deutlich, daß die Richtungsänderung der Rohrleitung, in die die dargestellten Teile eingebaut sind, zwischen weniger als 90° Umlenkung - Rohrstück 9′ - und etwa 90° Umlenkung - Rohrstück 9 - liegt.

An das gebogene Wandstück 5 schließt sich ein Prallabschnitt 24 an, der als ebene Platte ausgeführt ist. Diese Platte hat einen umlaufenden Flansch 32, dessen dem Flansch 8 zugekehrter Abschnitt mit diesem übereinstimmt. Bohrungen 12 fluchten daher mit Bohrungen 13 im Flansch 8, so daß die Teile miteinander verschraubt werden können. Eine ebenfalls umlaufende Dichtung 14 sorgt dafür, daß im Innenraum 15 herrschende Über- oder Unterdruck der Rohrleitung nach außen abgedichtet ist.

Auf der Innenseite 16 trägt der Prallabschnitt 24 eine als Blech ausgebildete Verschleißeinlage 17, die aber auch aus anderen Werkstoffen bestehen kann. Sofern die Betriebsdrücke in der Rohrleitung und die Eigenschaften des Fördergutes die Voraussetzungen bieten, kann die Verschleißeinlage 17 auch durch ein Gummistück verwirklicht sein.

Der Anschluß der Verschleißeinlage erfolgt mit Hilfe von Bohrungen 18 in der Verschleißanlage 17 und Bohrungen 19 in dem Prallabschnitt 24 sowie durch Befestigungsschrauben, die in der Fig. 1 jedoch nicht wiedergegeben sind.

Bei dem wiedergegebenen Ausführungsbeispiel ist zwischen der nach außen gerichteten Seite 20 der Verschleißeinlage 17 und der Innenseite 16 des Prallabschnittes 24 ein Hohlraum 21 gebildet, der nach außen abgedichtet ist. Der Hohlraum kommuniziert mit einem Manometer 22, dessen Zeiger 23 normalerweise auf der Nullmarke steht. Sofern die Verschleißanlage 17 hinreichend weit abgetragen ist, entsteht eine Verbindung zwischen dem Raum 21 und dem Innenraum 15, wodurch das Manometer 22 einen Über- oder Unterdruck je nach den Druckverhältnissen im Innenraum 15 anzeigt. Dadurch wird äußerlich sichtbar, daß die Verschleißeinlage ausgewechselt werden muß.

Der lösbare Prallabschnitt 24 endet an einem Flansch 25. Am gleichen Flansch endet ein an das gebogene Wandstück 5 geschlossener und ebenfalls teilweise gekrümmter Wandungsteil 26. Der Flansch 25 stellt das Verbindungselement für ein abführendes Rohrstück 28 dar. Dieses Rohrstück hat ebenfalls einen Flansch 29 und ist so ausgebildet, daß es sich in der durch den Pfeil 30 angedeuteten Förderrichtung verjüngt. Die bei 31 wiedergegebene Förderleitung hat einen lichten Durchmesser, der zwischen dem maximalen und dem minimalen Durchmesser des abführenden Rohrstückes 28 liegt. Durch Kürzen des Rohres 28 läßt sich dieses dem jeweiligen Rohrdurchmesser der Leitung 31 anpassen.

Ist das pistolenförmige Formstück in eine pneumatische Förderanlage eingebaut, so tritt die Förderluft zusammen mit dem Fördergut aus dem zuführenden Rohrstück 9 in den durch das gebogene Wandstück 5 vergrößerten Innenraum des Formstückes ein. Dieser Teil des Formstückes wirkt somit als Diffusor, weil er einen in Strömungsrichtung sich allmählich erweiternden Kanal bildet, in dem die Strömung verzögert wird, so daß sich hier die Geschwindigkeit erniedrigt. Hierbei erhöht sich der statische Druck, so daß es zu einem Abbremsen des Fördergutes kommt. Das Fördergut prallt infolgedessen mit einer relativ geringeren Energie auf die Verschleißeinlage 17 auf. Der gekrümmte Abschnitt 27 des Wandungsteiles 26 wirkt seinerseits ablenkend, weil je nach den örtlichen Verhältnissen ein Teil der Strömung an diesen Abschnitt zumindest streckenweise haftet. Im ganzen ist die dynamische Belastung der Verschleißanlage 17 durch die Teile des Fördergutes verhältnismäßig gering.

Nach Umlenken des Förderstromes wird der statische Druck abgebaut, wodurch sich die Geschwindigkeit wieder erhöht.

Claims (3)

1. Verfahren zur Herstellung von Filterkohle aus deutschem Anthrazit, insbesondere für die Trinkwasseraufbereitung, wobei die Kohle zerkleinert, klassiert und einer Wärmebehandlung unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die selektive Zerkleinerung durch Strahlmahlung und Absieben der Grobpartikel erfolgt und die Grobpartikel in einer Wirbelschicht mit Gesamtverweilzeit von 7 bis 9 Minuten auf 300-380°C mit einem inerten Gas erwärmt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verweilzeit eines jeden Kohlepartikels im Ofen 4,5-5,5 Minuten beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlenmahlung durch pneumatischen Transport und mehrmalige Umlenkung erfolgt, wobei die Anzahl der Umlenkung 8-15 beträgt und die volle Geschwindigkeit 18-25 m/sec beträgt.