DE4311000A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Aktivkohle - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vor­ richtung zur Herstellung von Aktivkohle, wobei ein kohlenstoffhaltiges Ausgangsmaterial unter Einwir­ kung von Wärme und Zufuhr von Aktivierungsgasen gasphasenaktiviert wird.

Es ist bekannt, Aktivkohle in vielen Bereichen ein­ zusetzen, so beispielsweise bei der Abgasreinigung, als Katalysator oder als lösungsmittelbindende Substanz. Bei diesen Einsätzen wird die vorteil­ hafte Beschaffenheit von Aktivkohle, nämlich eine extrem große Oberfläche bezogen auf ein Gewichts­ anteil ausgenutzt. So sind Aktivkohlen bekannt, die eine Oberfläche von ca. 500 bis 1500 m²/g Aktiv­ kohle aufweisen.

Nach einem allgemein bekannten Verfahren wird Ak­ tivkohle aus Kohlenstoff verschiedener Herkunft, beispielsweise Mineralkohle, Holzkohle, Biokohle, Braunkohle, Torf, Koks und anderem mehr erzeugt, indem der Kohlenstoff bei Temperaturen über 800°C in sauerstoffarmer oder sauerstofffreier Gas­ atmosphäre in Gegenwart von Wasserdampf und wei­ teren Gasen aktiviert wird. Bei diesem Vergasen des Kohlenstoffes laufen als Hauptreaktionen die Was­ sergasreaktion, bei der sich der Kohlenstoff mit dem als Wasserdampf zugeführten Wasser verbindet und Kohlenmonoxid und Wasserstoff entstehen, und die Boudouardreaktion, bei der sich Kohlenstoff mit Kohlendioxid verbindet und Kohlenmonoxid bildet, ab. Durch diese Hauptreaktionen werden im Kohlen­ stoffgefüge Poren geöffnet, die zu einer sub­ mikroskopischen Porenstruktur in der Aktivkohle führen. Die submikroskopische Porenstruktur ist für das Adsorptionsverhalten der erzeugten Aktivkohle verantwortlich.

Für die zur Erzeugung der Aktivkohle durchzuführen­ de Gasphasenaktivierung sind eine Reihe von Ein­ richtungen, insbesondere verschiedene Ofentypen, bekannt. Diese Ofentypen müssen bestimmte Be­ dingungen erfüllen, da zum Erreichen der erforder­ lichen hohen Aktivierungstemperaturen von 800 bis 1100°C die Zufuhr ausreichend großer Energiemengen durch beispielsweise Verbrennen von Heizstoffen erforderlich ist. Darüber hinaus verläuft die oben genannte Vergasungsreaktion stark endotherm und be­ nötigt eine erhebliche Verweilzeit des Kohlenstof­ fes im Aktivierungsraum der Öfen unter den genann­ ten hohen Temperaturen. Weiterhin transportieren die Ofenabgase eine beachtliche Abwärmemenge aus der Ofenanlage, die brennbare Anteile und Kohle­ partikel enthält. Dies macht eine Nachverbrennung der Aktivierungsabgase bei beispielsweise 900 bis 1000°C erforderlich.

Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, die bei der Aktivkohleerzeugung anfallende Abwärme direkt einem einer Nachbrennkammer zugeordneten Wärmetau­ scher zuzuführen, der gleichzeitig den für die Aktivierung des Kohlenstoffes erforderlichen Was­ serdampf erzeugen kann. Zur Durchführung des Ver­ fahrens werden im allgemeinen als Schachtofen, als Drehrohrofen, als Etagenofen oder als Wirbel­ schichtofen ausgebildete Ofenanlagen verwendet. Diese Ofentypen haben jedoch den Nachteil, daß sie nur in großen Einheiten mit erheblichen Durchsatz­ mengen energetisch sinnvoll arbeiten können. So arbeiten beispielsweise Schachtöfen nur energetisch autark, wenn sie als große Blöcke mit einem System von mehreren aneinandergereihten Heiz- und Ak­ tivierungsschächten aufgebaut werden. In der US- Patentschrift 3,875,077 ist zwar bereits ein Ein­ schachtofen für die Aktivierung relativ kleiner Kohlenstoffmengen vorgeschlagen worden, jedoch bie­ tet dieser Ofen keine Möglichkeiten der Wärmerück­ gewinnung bzw. Wärmerückführung.

Alle bekannten Drehrohröfen können wegen der erfor­ derlichen Ausmauerung nur mit Innendurchmessern ab ca. 1000 mm gebaut werden. Da wegen der erforder­ lichen Verweilzeit des Kohlenstoffes in dem Dreh­ rohrofen eine Ofenlänge von wenigstens neunmal dem Durchmesser erforderlich ist, sind die bekannten Drehrohröfen nur in extrem großen Bauarten ein­ setzbar und erfordern eine große Kohlenstoffzufuhr.

Die bekannten Etagenöfen bzw. Wirbelschichtöfen sind wegen des erforderlichen Einbaus mehrerer gemauerter Etagen nur in großen Einheiten zu bauen und daher für die Aufnahme kleiner Kohlenstoff­ mengen nicht geeignet.

Für die Durchführung von Versuchen mit kleinen Mengen Kohlenstoff verschiedener Herkunft, aber vor allem auch für die Erzeugung von Aktivkohle aus Biokohle, beispielsweise aus nachwachsenden Roh­ stoffen, sind alle bekannten Ofeneinheiten unter sinnvoller Energieausnutzung nicht einsetzbar.

Gerade für die Verarbeitung vorhandener Biokohle aus nachwachsenden Rohstoffen, beispielsweise Ko­ kosschalenkoks, Kakaoschalenkoks, Erdnußschalenkoks usw., die insbesondere in den Entwicklungsländern anfallen, zu Aktivkohle ist das Vorhandensein einer diese Biokohlen in geringen Mengen energieökono­ misch verarbeitenden Ofeneinheit nicht bekannt.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Aktivkohle anzugeben, mit dem insbesondere bei der Verarbeitung geringer kohlen­ stoffhaltiger Ausgangsmengen unter maximal mög­ licher Energieausnutzung Aktivkohle hergestellt werden kann und gleichzeitig eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß kohlenstoffhaltiges Ausgangsmaterial in einen einen Aktivierungsschacht aufweisenden Ofenraum ge­ füllt wird, der Ofenraum mit einer ersten Wärme­ energie beaufschlagt wird, die Aktivierungsabgase einem Nachbrennraum zugeführt und dort verbrannt werden, und die im Nachbrennraum entstehende Wärme­ energie als zweite Wärmeenergie durch den Ofenraum einem Wärmetauscher zugeführt wird.

Hierdurch ist in vorteilhafter Weise möglich, daß die bei der Aktivierung von Kohlenstoff entstehen­ den Aktivierungsabgase, die einen hohen Anteil an brennbaren Stoffen aufweisen, in einer Nachbrenn­ kammer nachverbrannt werden und die dabei ent­ stehende Wärmeenergie dem Ofenraum wieder zugeführt werden kann. Durch diese zusätzliche Beaufschlagung des Ofenraumes mit einer zweiten Wärmeenergie kann die Energiebilanz des gesamten Verfahrens entschei­ dend verbessert werden. Die zweite Wärmeenergie weist einen solchen Energiegehalt auf, daß die die Primärenergie liefernden Wärmequellen erheblich ge­ drosselt werden können, ohne daß die zur Durch­ führung der Aktivierung erforderliche hohe Tempera­ tur absinkt. Damit ist gewährleistet, daß selbst bei der Erzeugung kleiner Mengen von Aktivkohle in kleinen Einheiten ein thermischer Kreislauf ge­ schaffen werden kann, der eine maximale Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Energie ermöglicht. Darüber hinaus wird die zur Verfügung stehende überschüssige Wärmeenergie einem Wärmetauscher zu­ geführt, der so angeordnet ist, daß die Wärme­ energie erst den Ofenraum passieren muß, bevor sie den Wärmetauscher erreicht und der Wärmetauscher vorteilhafterweise gleich den für die Aktivierung des Kohlenstoffes erforderlichen Wasserdampf zur Verfügung stellt.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfin­ dung ist vorgesehen, daß der Ofenraum in mehreren, vorzugsweise in drei, horizontalen Ebenen mit Wär­ meenergie beaufschlagt wird, wobei die Wärmeenergie vorzugsweise tangential in den Ofenraum geführt wird.

Hierdurch wird in vorteilhafter Weise erreicht, daß die die Wärmeenergie übertragenden heißen Gase in optimaler Weise um den Aktivierungsschacht zirku­ lieren und so für einen guten Wärmeübergang auf den sich in dem Aktivierungsschacht befindenden Kohlen­ stoff sorgen.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist vorge­ sehen, daß die Einfüllung des kohlenstoffhaltigen Ausgangsmaterials und/oder die Ausbringung der Aktivkohle in bzw. aus dem Aktivierungsschacht kontinuierlich oder in Intervallen erfolgt und die Dosierung bzw. die Ausbringung in aufeinander abgestimmten Mengen durchgeführt wird. Hierdurch ist in vorteilhafter Weise möglich, daß nachdem der Aktivierungsschacht erstmalig mit dem kohlenstoff­ haltigen Ausgangsmaterial gefüllt wurde und der Ak­ tivierungsprozeß gezündet ist, in dem Maße wie am unteren Ende des Aktivierungsschachtes Aktivkohle entnommen wird, am oberen Ende des Aktivierungs­ schachtes kohlenstoffhaltiges Ausgangsmaterial nachgefüllt werden kann. Infolge der guten Wärme­ übertragung vom Ofenraum auf den Aktivierungs­ schacht und von diesem auf das kornförmige in den Aktivierungsschacht eingefüllte kohlenstoffhaltige Ausgangsmaterial erfolgt zunächst eine Entgasung der kohlenstoffhaltigen Partikel und in etwa ab dem zweiten Drittel der Ofenlänge die Aktivierung der Kohlepartikel durch Teilvergasung, wobei die korn­ förmigen Partikel einer leichten Schrumpfung unter­ liegen, so daß in dem vorzugsweise vertikal ange­ ordnetem Aktivierungsschacht die Abwärtsbewegung der Kohlepartikel unter dem eigenen Gewicht nicht beeinträchtigt wird.

Hierdurch kommt es in vorteilhafter Weise während des Verlaufs des Aktivierungsprozesses nicht zu Brückenbildungen oder Anbackungen an den Akti­ vierungsschacht, so daß die oben beschriebene vor­ teilhafte kontinuierliche Beschickung des Akti­ vierungsschachtes mit kohlenstoffhaltigem Ausgangs­ material und die kontinuierliche Ausbringung von Aktivkohle ohne weiteres möglich ist.

Die Aufgabe wird weiterhin erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Ofenraum aus mehreren Ofenschüssen besteht, in denen ein wärmebeständiges, vorzugs­ weise aus Sinterkeramik bestehendes Rohr, das vor­ zugsweise vertikal angeordnet ist, jedem Ofenschuß ein Brenner zugeordnet ist, der Abgaskanal von einem ersten Ofenschuß abzweigt und die Auslaß­ öffnung für die Aktivierungsabgase mit einer Nachbrennkammer in Verbindung steht, deren Auslaß mit einem Einlaß eines zweites Ofenschusses in Verbindung steht.

Durch diese vorteilhafte Anordnung wird erreicht, daß mit einfachen Mitteln eine zur Aktivierung von kohlenstoffhaltigem Ausgangsmaterial geeignete Vor­ richtung in einfacher Art und Weise zur Verfügung gestellt werden kann, die gleichzeitig eine optimale Wärmeausnutzung gestattet, indem die vor­ zugsweise am oberen Ende der Vorrichtung angeord­ nete Auslaßöffnung für die Aktivierungsabgase über einen Kanal, ein Rohr oder ähnlichem mit einer Nachbrennkammer verbunden ist, deren Auslaß wie­ derum mit einem vorzugsweise am unteren Ende der Vorrichtung vorgesehen Einlaß über einen Kanal, ein Rohr oder ähnlichem verbunden ist. Durch diesen ge­ schlossenen Kreislauf kann durch eine Nachverbren­ nung der austretenden Aktivierungsabgase eine Wär­ meenergie erzeugt werden, die dem Ofenraum der Vor­ richtung zusätzlich zur Verfügung gestellt werden kann, ohne daß dafür aufwendige technische Maß­ nahmen im Großmaßstab getroffen werden müssen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorge­ sehen, daß der innerhalb des Ofenraumes angeordnete Aktivierungsschacht mit seinem unteren Ende auf einer geeigneten Auflage unter Zwischenschaltung einer Dichtung fest gelagert ist, während das obere Ende des Aktivierungsschachtes in einer Halterung nicht fest verbunden gelagert ist. Hierdurch wird in einfacher Weise erreicht, daß die durch die Wärmebehandlung auftretenden Ausdehnungen bzw. Schrumpfungen durch die freie Beweglichkeit des oberen Endes des Aktivierungsschachtes problemlos ausgeglichen werden können.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorge­ sehen, daß die Brenner Düsen derart aufweisen, daß die verlängerten Achsen der Düsen von der Radialen der Ofenschüsse abweichen und vorzugsweise tan­ gential zu der Umfangslinie des Aktivierungs­ schachtes angeordnet sind. Damit ist in vorteilhaf­ ter Weise möglich, daß die die Wärmeenergie übertragenden, durch die Brenner erzeugten heißen Gase tangential an den Aktivierungsschacht herange­ führt werden und unter Ausnutzung ihrer eigenen kinetischen Energie in optimaler Weise um den Aktivierungsschacht herumgeführt werden können und damit für eine gute Wärmeübertragung auf das zu ak­ tivierende kohlenstoffhaltige Ausgangsmaterial sor­ gen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den in den Unteransprüchen genannten Merkmalen aufgeführt.

Die Erfindung wird nachfolgend in einem Aus­ führungsbeispiel anhand der zugehörigen Zeichnung, die schematisch den Aufbau einer Vorrichtung zur Herstellung von Aktivkohle zeigt, näher erläutert.

Die Figur zeigt eine allgemein mit 10 bezeichnete Aktivierungsvorrichtung, die einen Grundkörper 12 aufweist. Der Grundkörper 12 besteht aus drei über­ einander angeordneten Ofenschüssen 14, 16 und 18. Jedem der Ofenschüsse 14, 16 und 18 ist ein Brenner 20, 22 und 24 zugeordnet. Die Brenner 20, 22 und 24 werden vorzugsweise mit Gasbrennstoff betrieben, wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit auf die Darstellung von Einzelheiten verzichtet wurde. Innerhalb eines durch den Grundkörper 12 gebildeten Ofenraumes 26 ist vertikal ein als Aktivierungs­ schacht 28 ausgebildetes, vorzugsweise aus Sinter­ keramik bestehendes Rohr angeordnet. Der Akti­ vierungsschacht 28 ist mit seinem unteren Ende auf einer Halteplatte 30 gelagert, wobei zwischen Aktivierungsschacht 28 und Halteplatte 30 eine Dichtung 32 angeordnet ist. An seinem oberen Ende wird der Aktivierungsschacht 28 durch eine Führung 34 lagefixiert. Die Ofenschüsse 14, 16 und 18 be­ stehen aus einem ausgemauerten metallischem Körper. Der Grundkörper 12 weist eine Einlaßöffnung 36 auf, in der eine Einfüllvorrichtung, vorzugsweise eine Zellradschleuse 38, angeordnet ist. Der Grundkörper 12 besitzt weiterhin eine Auslaßöffnung 40, in der eine Auslaßeinrichtung, vorzugsweise ein Taktschie­ ber 42, angeordnet ist. Die Einlaßöffnung 36 und die Auslaßöffnung 40 fluchten mit dem Aktivierungs­ schacht 28. Der Grundkörper 12 besitzt weiterhin in seinem oberen Bereich einen Auslaß 44, der über ein Kanalsystem 46 mit einer Nachbrennkammer 48 in Ver­ bindung steht. Ein Auslaß 50 der Nachbrennkammer 48 ist über einen Kanal 52 mit einem im Bereich des Ofenschusses 14 des Grundkörpers 12 angeordneten Einlaß 54 verbunden. Die Nachbrennkammer 48 weist weiterhin einen zweiten Einlaß 56 auf. Der Ofenraum 26 sowie die Nachbrennkammer 48 sind über hier angedeutete Leitungen 58 mit einer Temperatur- und Gasanalysemeßeinrichtung 60 verbunden. Der Ofen­ schuß 18 des Grundkörpers 12 ist mit einem Abgaskanal 62 verbunden, der zu einem Wärmetauscher 64 führt. In dem Abgaskanal 62 ist ein hier nicht dargestellter Ventilator angeordnet. Der Wärmetau­ scher 64 besitzt Einrichtungen 66 zum Erzeugen von Wasserdampf. Die Einrichtungen 66 sind über hier nicht dargestellte Leitungen mit einer Einlaß­ öffnung 68 des Grundkörpers 12 verbunden. Dem Wär­ metauscher 24 ist unter Zwischenschaltung eines Drosselventiles 70 ein Abgaskamin 72 nachgeordnet. Der Ofenraum 26 sowie die Nachbrennkammer 48 weisen weiterhin hier nicht dargestellte Druckentlastungs­ klappen auf.

Die in der Figur beschriebene Aktivierungs­ vorrichtung 10 übt folgende Funktion aus:
In den Aktivierungsschacht 28 wird über die Ein­ laßöffnung 36 bzw. die Zellradschleuse 38 das zu aktivierende kohlenstoffhaltige Ausgangsmaterial in Korngrößen von ca. 0,5 bis maximal 12 mm ein­ dosiert. Nachdem der Aktivierungsschacht einen be­ stimmten Füllungsgrad erreicht hat, der durch einen in der Abbildung nicht dargestellten Füllstands­ messer kontrolliert werden kann, werden die Brenner 20, 22 und 24 von unten beginnend gezündet. Die Brenner erwärmen den Aktivierungsschacht 28, wobei infolge der guten Wärmeübertragung vom Akti­ vierungsschacht 28 zum eingefüllten kohlenstoff­ haltigen Ausgangsmaterial zunächst eine Entgasung des eingefüllten Materials erfolgt. Über die Ein­ laßöffnung 68 werden gleichzeitig die Akti­ vierungsgase zugeführt. Dies ist einerseits der über den Wärmetauscher 64 gewonnene Wasserdampf und andererseits weitere Aktivierungsgase wie bei­ spielsweise Kohlendioxid und/oder Luft. Die Zu­ führung des Aktivierungsdampfes und der anderen Aktivierungsgase erfolgt dabei im Gegenstrom zur von oben eingefüllten und abwärts wandernden Kohleschüttung. Durch die weitere Erwärmung des kohlenstoffhaltigen Ausgangsmaterials und die Wir­ kung der Aktivierungsgase findet etwa ab dem zwei­ ten Drittel der Länge des Aktivierungsschachtes 28 die Aktivierung der kohlenstoffhaltigen Ausgangs­ materialien durch Teilvergasung statt. Während der Aktivierung unterliegt das kornförmige Ausgangs­ material einer leichten Schrumpfung, die eine Abwärtsbewegung der einzelnen Partikel unter dem eigenen Gewicht fördert.

Nachdem der Aktivierungsprozeß abgeschlossen ist, kann am unteren Ende des Aktivierungsschachtes 28 über die Auslaßöffnung 40 bzw. den Taktschieber 42 das nunmehr noch heiße Aktivat ausgetragen werden und der weiteren Bearbeitung, beispielsweise Ab­ kühlung und Verpackung, zugeführt werden.

In dem Maße, wie unten fertiges Aktivat entnommen wird, kann über die Zellradschleuse 38 frisches kohlenstoffhaltiges Ausgangsmaterial dem Akti­ vierungsschacht 28 zugeführt werden, so daß sich ein kontinuierlicher Aktivierungsprozeß einstellt.

Die Aktivierungsabgase, die aufgrund verschiedener ablaufender Reaktionen neben Kohlendioxid auch brennbare Anteile wie Kohlenmonoxid, Wasserstoff und Kohlenwasserstoffe enthalten, ziehen durch die in den Aktivierungsschacht 28 eingefüllte Kohle­ schicht nach oben ab. Diese Aktivierungsabgase werden über den Auslaß 44 und das Kanalsystem 46 der Nachbrennkammer 48 zugeführt. Dort werden die brennbaren Gasanteile der Aktivierungsabgase unter Energiegewinn zu Kohlendioxid und Wasser (gas­ förmig) verbrannt. Dieses ausgebrannte Rauchgas wird über den im Abgaskanal 62 angeordneten Ven­ tilator angesaugt und durch den Kanal 52 und den Einlaß 54 in den Ofenraum 26 geführt. Dort gibt das einströmende Rauchgas seine überschüssige Energie an den Aktivierungsschacht 28 ab und erwärmt damit in einem bestimmten Maße den Aktivierungsschacht 28 und die darin sich befindenden Kohlepartikel. In dem Maße wie der Energiegehalt des in den Ofenraum 26 einströmenden, von der Nachbrennkammer 48 kom­ menden Rauchgases zunimmt, können die Brenner 20, 22 und 24 gedrosselt werden, da der tatsächlich benötigte Energiebedarf nun zum Teil aus der Sekun­ därenergie gewonnen werden kann.

In optimaler Weise sind der Ofenraum 26 und die Nachbrennkammer 48 mit einer Temperaturmeßein­ richtung versehen, die die Regelung der Brenner 20, 22 und 24 steuert. Die Brennerabgase und die Rauch­ gase werden über den Abgaskanal 62 abgesaugt und dem Wärmetauscher 64 zugeführt. In dem Wärme­ tauscher 64 wird über die dort angeordnete Ein­ richtung 66 in geeigneter Weise Wasserdampf er­ zeugt, der wiederum über die Einlaßöffnung 68 dem Aktivierungsschacht 28 als Aktivierungsdampf zuge­ führt werden kann. Nachdem die Brennerabgase einen Großteil Energie zur weiteren Verwertung an den Wärmetauscher 64 abgegeben haben, werden diese über das Drosselventil 70 dem Kamin 72 zugeleitet.

Das beschriebene Verfahren und die beschriebene Vorrichtung erlauben die Aktivierung von Kohlen­ stoff verschiedener Herkunft in kleineren Mengen unter thermischer Ausnutzung der Aktivierungsabgase und gleichzeitiger Erzeugung des für den Akti­ vierungsprozeß notwendigen Wasserdampfes. Der Ak­ tivierungsprozeß kann mit Kohlemengen von 100 bis 200 kg gestartet und mit Austragsmengen von ca. 10 bis 20 kg/h Aktivat kontinuierlich betrieben wer­ den. Damit ist die beschriebene Anlageneinheit ins­ besondere für Entwicklungsarbeiten und Erzeugung kleiner Produktmengen geeignet.

Im nachfolgenden wird das beschriebene Verfahren an einem konkreten Beispiel verdeutlicht.

Der keramische Aktivierungsschacht 28 wird mit 110 kg Kokosschalenkoks der Körnung 2 bis 10 mm gefüllt. Die weitere Kohledosierung erfolgt in Ab­ hängigkeit vom Kohleumsatz mittels einer biegsamen Transportschnecke aus einer Vorratsschurre zur in der Einlaßöffnung 36 angeordneten Zellradschleuse 38. Der Füllstand im Aktivierungsschacht 28 wird dabei stetig von einer Kugel abgetastet und durch eine damit bewirkte Ein- bzw. Ausschaltung der Transportschnecke konstant gehalten.

Die Brenner 20, 22 und 24 werden nunmehr von unten nach oben gezündet. Zu dem Zeitpunkt, zu dem in der eingefüllten Kohleschicht unten wenigstens 150°C erreicht sind, wird über die Einlaßöffnung 68 Was­ serdampf von 3 bis 4 bar zudosiert. Die dabei er­ forderliche Menge von ca. 15 bis 20 kg/h Wasser­ dampf wird mittels eines Rotationskörpermeßgerätes eingestellt.

Mit der in dem Aktivierungsschacht 28 nach oben ansteigenden Temperatur beginnt der Aktivierungs­ prozeß der eingeführten Kohle. Der Aktivierungs­ prozeß wird dabei ständig durch Gasanalysegeräte, die beispielsweise den Anstieg der Kohlenmonoxid-, Wasserstoff- und Kohlenwasserstoffwerte kontrol­ lieren, überwacht.

Nachdem die Aktivierungsreaktion eingesetzt hat, wird der in der Nachbrennkammer 48 angeordnete Brenner gezündet. Die Brenner 20, 22 und 24 am Ofenraum 26 werden unter Beachtung der entsprechen­ den Temperaturmeßstellen entsprechend des von der Nachbrennkammer 48 ankommenden Wärmeenergieüber­ schusses gedrosselt.

Die Bestandteile Kohlenmonoxid und Wasserstoff der Aktivierungsabgase lagern sich dabei an die ent­ stehende aktive Oberfläche des ebenfalls vorhande­ nen Kohlenstoffes an und verzögern dessen weitere Porenöffnung.

Um jedoch die Gasbestandteile in Kohlendioxid und Wasser (gasförmig) umzuwandeln, die ihrerseits ak­ tivierend wirken, wird vorteilhaft aus den an der Nachbrennkammer 48 angeordneten Einlaß 56 gezielt Sekundärluft eindosiert. Hiermit ist der Vorteil verbunden, daß man aus der Verbrennung der genannten Komponenten zusätzliche Wärme gewinnt, die eine zusätzliche Brennstoffeinsparung an den Brennern 20, 22 und 24 erlaubt. Die Dosierung der Sekundärluft erfolgt dabei unter Beachtung des Sauerstoffgehaltes im Aktvierungsabgas. Dieser Wert darf 2 Vol/% nicht überschreiten, da ansonsten ein Kohlenstoffverlust infolge der Verbrennung ein­ tritt.

Ca. drei Stunden nach dem Start des Aktivierungs­ prozesses kann erstmalig Aktivat über den Takt­ schieber 42, der beispielsweise als taktgesteuerter Doppelblattschieber ausgebildet ist, abgenommen werden. Die Entnahme wird dabei so eingestellt, daß ca. 10 bis 20 kg/h Aktivat entnommen werden können. Die erforderliche Frischkohlemenge wird wie bereits beschrieben parallel mittels Kugeltaster und Trans­ portschnecke nachdosiert. Der Aktivierungsprozeß läuft bei Aktivierungsschachtinnentemperaturen zwi­ schen 850 und 1100°C und Ofenraumtemperaturen, die entsprechend 100 bis 150°C höher liegen, und unter Zudosierung von 15 bis 20 kg/h Wasserdampf von 3 bis 4 bar, 10 bis 15 kg/h Kohlendioxid und/oder Luft bei Ausbeuten zwischen 40 und 60 Gew% bezogen auf das eingesetzte Ausgangsmaterial ab. Das so er­ haltene Aktivat hat eine innere Oberfläche gemessen nach dem BET-N₂-Verfahren von 600 und 1200 m²/g.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das angegebene Ausführungsbeispiel. So ist insbesondere der Einsatz jedes beliebigen kohlenstoffhaltigen Ausgangsmaterials, insbesondere das durch nach­ wachsende Rohstoffe zur Verfügung stehende Aus­ gangsmaterial, zur Aktivierung in der beschriebenen Vorrichtung geeignet. Durch den einfachen und kleinen Aufbau der gesamten Anlage ist diese Anlage einfach transportabel und kann so selbst in weniger zugänglichen Gebieten, beispielsweise an den Orten in Entwicklungsländern, in denen das kohlenstoff­ haltige Ausgangsmaterial als nachwachsender Roh­ stoff in großen Mengen zur Verfügung steht, ein­ gesetzt werden.

Hiermit wird eine autarke Herstellung von Aktiv­ kohle möglich, die nicht an das Vorhandensein einer der bisher bekannten großdimensionierten Anlage ge­ bunden ist und bei der gleichzeitig ein größtmög­ lichstes Maß an Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Energie gewährleistet ist.

Claims (23)

1. Verfahren zur Herstellung von Aktivkohle, wobei ein kohlenstoffhaltiges Ausgangsmaterial unter Ein­ wirkung von Wärme und Zufuhr von Aktivierungsgasen aktiviert wird, dadurch gekennzeichnet, daß das kohlenstoffhaltige Ausgangsmaterial in einen einen Aktivierungsschacht aufweisenden Ofenraum gefüllt wird, der Ofenraum mit einer ersten Wärmeenergie beaufschlagt wird, die Aktivierungsabgase einer Nachbrennkammer zugeführt und dort verbrannt wer­ den, und die in der Nachbrennkammer entstehende Wärmeenergie als zweite Wärmeenergie durch den Ofenraum einem Wärmetauscher zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das kohlenstoffhaltige Ausgangsmaterial von oben in den Aktivierungsschacht kontinuierlich oder in Intervallen eindosiert wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Ofenraum in mehreren, vorzugsweise in drei, horizontalen Ebenen mit der ersten Wärmeenergie beaufschlagt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Wärme­ energie tangential in den Ofenraum geführt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktivkohle am unteren Ende des Aktivierungsschachtes ausgebracht wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausbringung der Aktivkohle kontinuierlich oder in Intervallen erfolgt.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosierung des kohlenstoffhaltigen Ausgangsmaterials und die Aus­ bringung der Aktivkohle in aufeinander abgestimmten Mengen erfolgt.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß über die von der Nachbrennkammer in den Ofenraum eingebrachte zwei­ te Wärmeenergie eine Regelung der Zufuhr der ersten Wärmeenergie erfolgt.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß das kohlenstoff­ haltige Ausgangsmaterial in geringen Mengen von 50 bis 500 kg, vorzugsweise von 50 bis 200 kg, ins­ besondere weniger als 100 kg, in den Aktivierungs­ schacht dosiert wird.

10. Vorrichtung zur Herstellung von Aktivkohle mit einem in einem Ofenraum angeordneten, eine Einlaß- und eine Auslaßöffnung aufweisenden Aktivierungs­ schacht, den Ofenraum mit Wärmeenergie beaufschla­ genden Mitteln, einer Einlaßöffnung für Akti­ vierungsgase, einer Auslaßöffnung für Aktivierungs­ abgase sowie einem mit einem Wärmetauscher in Verbindung stehenden Abgaskanal, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Ofenraum (26) aus mehreren Ofen­ schüssen besteht, in dem ein wärmebeständiger, vor­ zugsweise aus Sinterkeramik bestehender rohr­ förmiger, vorzugsweise vertikal angeordneter Akti­ vierungsschacht (28) angeordnet ist, jedem Ofen­ schuß ein Brenner zugeordnet ist, der Abgaskanal (62) von einem ersten Ofenschuß (18) abzweigt und die Auslaßöffnung (44) für die Aktivierungsabgase mit einer Nachbrennkammer (48) in Verbindung steht, deren Auslaß (59) mit einem Einlaß (54) eines zweiten Ofenschusses (14) in Verbindung steht.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß drei Ofenschüsse (14, 16, 18) an­ geordnet sind, wobei der obere Ofenschuß (18) den Abgaskanal (62) und der untere Ofenschuß (14) den Einlaß (54) aufweist.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ofenschüs­ se (14, 16, 18) ausgemauerte metallische Grundkör­ per sind.

13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ofenraum (26) eine der Form des Aktivierungsschachtes (28) angepaßte Halteplatte (30) aufweist, wobei zwischen der Halteplatte (30) und dem Aktivierungsschacht (28) eine Dichtung (32) angeordnet ist.

14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Akti­ vierungsschacht (28) an seinem oberen Ende in einer Führung (34) nicht fest verbunden gelagert ist.

15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Brenner (20, 22, 24) mit ihren Düsen so angeordnet sind, daß die verlängerten Achsen der Düsen von der Radialen der Ofenschüsse (14, 16, 18) abweichen.

16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen der Düsen tangential zu der Umfangslinie des Akti­ vierungsschachtes (28) angeordnet sind.

17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Abgas­ kanal (62) eine dem Wärmetauscher (64) vorgelagerte Absaugeinrichtung angeordnet ist.

18. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärme­ tauscher (64) Einrichtungen (66) zur Erzeugung von Wasserdampf aufweist, die mit der Einlaßöffnung (68) für Aktivierungsgase in Verbindung stehen.

19. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß­ öffnung (36) des Aktivierungsschachtes (28) eine Zellradschleuse (38) zugeordnet ist.

20. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß­ öffnung (40) des Aktivierungsschachtes (28) ein Taktschieber (42) zugeordnet ist.

21. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Akti­ vierungsschacht (28) eine Füllstandsmeßeinrichtung aufweist, die vorzugsweise mit einer Zuführ­ einrichtung der Einlaßöffnung (36) in Wirkver­ bindung steht.

22. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Akti­ vierungsschacht (28) und/oder die Nachbrennkammer (48) und/oder der Ofenraum (26) Gasanalysemeßein­ richtungen und/oder Temperaturmeßeinrichtungen auf­ weisen.

23. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachbrenn­ kammer (48) eine Einlaßöffnung für Sekundärluft aufweist.