DE4311000C2 - 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 Einwirkung von Wärme und Zufuhr von Aktivierungsgasen gasphasen­ aktiviert wird.

Es ist bekannt, Aktivkohle in vielen Bereichen ein­ zusetzen, so beispielsweise bei der Abgasreinigung, als Katalysator oder als lösungsmittelbindende Sub­ stanz. Bei diesen Einsätzen wird die vorteilhafte Beschaffenheit von Aktivkohle, nämlich eine extrem große Oberfläche bezogen auf ein Gewichtsanteil, aus­ genutzt. So sind Aktivkohlen bekannt, die eine Ober­ fläche von ca. 500 bis 1500 m²/g Aktivkohle aufwei­ sen.

Nach einem allgemein bekannten Verfahren wird Aktiv­ kohle aus Kohlenstoff verschiedener Herkunft, bei­ spielsweise Mineralkohle, Holzkohle, Biokohle, Braun­ kohle, Torf, Koks und anderem mehr erzeugt, indem der Kohlenstoff bei Temperaturen über 800°C in sauer­ stoffarmer oder sauerstofffreier Gasatmosphäre in Ge­ genwart von Wasserdampf und weiteren Gasen aktiviert wird. Bei diesem Vergasen des Kohlenstoffes laufen als Hauptreaktionen die Wassergasreaktion, bei der sich der Kohlenstoff mit dem als Wasserdampf zuge­ führten Wasser verbindet und Kohlenmonoxid und Was­ serstoff entstehen, und die Boudouardreaktion, bei der sich Kohlenstoff mit Kohlendioxid verbindet und Kohlenmonoxid bildet, ab. Durch diese Hauptreaktionen werden im Kohlenstoffgefüge Poren geöffnet, die zu einer submikroskopischen Porenstruktur in der Aktiv­ kohle führen. Die submikroskopische Porenstruktur ist für das Adsorptionsverhalten der erzeugten Aktivkohle verantwortlich.

Für die zur Erzeugung der Aktivkohle durchzuführende Gasphasenaktivierung sind eine Reihe von Einrich­ tungen, insbesondere verschiedene Ofentypen, bekannt. Diese Ofentypen müssen bestimmte Bedingungen erfül­ len, da zum Erreichen der erforderlichen hohen Akti­ vierungstemperaturen 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 benötigt eine erhebliche Verweil­ zeit des Kohlenstoffes im Aktivierungsraum der Öfen unter den genannten hohen Temperaturen. Weiterhin transportieren die Ofenabgase eine beachtliche Abwär­ memenge aus der Ofenanlage, die brennbare Anteile und Kohlepartikel enthält. Dies macht eine Nachverbren­ nung 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 Wärmetauscher zu­ zuführen, der gleichzeitig den für die Aktivierung des Kohlenstoffes erforderlichen Wasserdampf erzeugen kann. Zur Durchführung des Verfahrens werden im all­ gemeinen als Schachtofen, als Drehrohrofen, als Eta­ genofen oder als Wirbelschichtofen ausgebildete Ofen­ anlagen verwendet. Diese Ofentypen haben jedoch den Nachteil, daß sie nur in großen Einheiten mit erheb­ lichen Durchsatzmengen energetisch sinnvoll arbeiten können. So arbeiten beispielsweise Schachtöfen nur energetisch autark, wenn sie als große Blöcke mit einem System von mehreren aneinandergereihten Heiz- und Aktivierungsschächten aufgebaut werden. In der US-Patentschrift 3,875,077 ist ein Einschachtofen für die Aktivierung relativ kleiner Kohlenstoffmengen vorgeschlagen worden. Bei diesem Einschachtofen wer­ den die während der Aktivierung entstehenden Akti­ vierungsabgase einer Brennkammer zugeführt, in der bereits eine Primärenergie verbrannt wird.

Ferner ist aus der DD 238 162 ein Verfahren zur Her­ stellung von Aktivkohle in einem Schachtofen bekannt, wobei während der Aktivierung entstehende Aktivie­ rungsabgase einer Brennkammer zur Erzeugung für Pro­ zeßgase zugeführt werden. Ferner ist aus der DE 10 81 434 eine Vorrichtung zur Erzeugung von Aktivkohle be­ kannt, bei der mehrere horizontal übereinander ange­ ordnete Brenner in einer einen Schachtofen aufweisen­ den Brennkammer vorgesehen sind.

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 Rohstoffen, sind alle bekannten Ofeneinheiten unter sinnvoller Ener­ gieausnutzung nicht einsetzbar.

Gerade für die Verarbeitung vorhandener Biokohle aus nachwachsenden Rohstoffen, beispielsweise Kokosscha­ lenkoks, Kakaoschalenkoks, Erdnußschalenkoks usw., die insbesondere in den Entwicklungsländern anfallen, zu Aktivkohle ist das Vorhandensein einer diese Bio­ kohlen in geringen Mengen energieökonomisch verar­ beitenden Ofeneinheit nicht bekannt.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Aktivkohle anzugeben, mit dem ins­ besondere bei der Verarbeitung geringer kohlenstoff­ haltiger Ausgangsmengen unter maximal möglicher Ener­ gieausnutzung Aktivkohle hergestellt werden kann und gleichzeitig eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Ofenraum in mehreren, vorzugsweise in drei, horizontalen Ebenen mit einer ersten Wärmeenergie be­ aufschlagt wird, die in der Nachbrennkammer erzeugte Wärmeenergie als zweite Wärmeenergie dem Ofenraum zu­ geführt wird und in Abhängigkeit von dieser eine Drosselung der Zufuhr der ersten Wärmeenergie ohne Temperaturabsenkung erfolgt, und daß die über­ schüssige Wärmeenergie durch den Ofenraum einem Wär­ metauscher zugeführt wird.

Hierdurch ist in vorteilhafter Weise möglich, daß die bei der Aktivierung von Kohlenstoff entstehenden Ak­ tivierungsabgase, die einen hohen Anteil an brenn­ baren Stoffen aufweisen, in einer Nachbrennkammer nachverbrannt werden und die dabei entstehende Wärme­ energie dem Ofenraum wieder zugeführt werden kann. Durch diese zusätzliche Beaufschlagung des Ofenraumes mit einer zweiten Wärmeenergie kann die Energiebilanz des gesamten Verfahrens entscheidend verbessert wer­ den. Die zweite Wärmeenergie weist einen solchen Energiegehalt auf, daß die die Primärenergie liefern­ den Wärmequellen erheblich gedrosselt werden können, ohne daß die zur Durchführung der Aktivierung erfor­ derliche hohe Temperatur absinkt. Damit ist gewähr­ leistet, daß selbst bei der Erzeugung kleiner Mengen von Aktivkohle in kleinen Einheiten ein thermischer Kreislauf geschaffen werden kann, der eine maximale Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Energie er­ möglicht. Darüber hinaus wird die zur Verfügung ste­ hende überschüssige Wärmeenergie einem Wärmetauscher zugeführt, der so angeordnet ist, daß die Wärmeener­ gie erst den Ofenraum passieren muß, bevor sie den Wärmetauscher erreicht und der Wärmetauscher vorteil­ hafterweise gleich den für die Aktivierung des Koh­ lenstoffes erforderlichen Wasserdampf zur Verfügung stellt.

Dadurch, daß der Ofenraum in mehreren, vorzugsweise in drei, horizontalen Ebenen mit Wärmeenergie beauf­ schlagt wird, wobei die Wärmeenergie vorzugsweise tangential in den Ofenraum geführt wird, wird in vor­ teilhafter Weise erreicht, daß die die Wärmeenergie übertragenden heißen Gase in optimaler Weise um den Aktivierungsschacht zirkulieren und so für einen guten Wärmeübergang auf den sich in dem Aktivierungs­ schacht befindenden Kohlenstoff 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 Male 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 64 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 dem 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 Auf­ 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 (20)

1. Verfahren zur Herstellung von Aktivkohle, wobei ein kohlenstoffhaltiges Ausgangsmaterial in einem einen Aktivierungsschacht aufweisenden Ofenraum ge­ füllt wird und unter Einwirkung von Wärme und Zufuhr von Aktivierungsgasen aktiviert wird und die während der Aktivierung entstehenden Aktivierungsabgase einer mit dem Ofenraum verbundenen Nachbrennkammer zuge­ führt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Ofen­ raum in mehreren, vorzugsweise in drei, horizontalen Ebenen mit einer ersten Wärmeenergie beaufschlagt wird, die in der Nachbrennkammer erzeugte Wärmeener­ gie als zweite Wärmeenergie dem Ofenraum zugeführt wird und in Abhängigkeit von dieser eine Drosselung der Zufuhr der ersten Wärmeenergie ohne Temperatur­ absenkung erfolgt, und daß die überschüssige Wärme­ energie durch den Ofenraum einem Wärmetauscher zu­ geführt wird.

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

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Wärmeenergie tangential in den Ofenraum geführt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktivkohle am unteren Ende des Aktivierungsschachtes ausgebracht wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausbringung der Ak­ tivkohle kontinuierlich oder in Intervallen erfolgt.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das kohlenstoffhaltige Ausgangsmaterial in geringen Mengen von 50 bis 500 kg, vorzugsweise von 50 bis 200 kg, insbesondere we­ niger als 100 kg, in den Aktivierungsschacht dosiert wird.

7. Vorrichtung zur Herstellung von Aktivkohle mit einem in einem Ofenraum angeordneten, eine Einlaß- und eine Auslaßöffnung aufweisenden Aktivierungs­ schacht, den Ofenraum mit Wärmeenergie beaufschlagen­ den Mitteln, einer Einlaßöffnung für Aktivierungs­ gase, einer Auslaßöffnung für Aktivierungsabgase so­ wie einem mit einem Wärmetauscher in Verbindung ste­ henden Abgaskanal zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Ofenraum (26) aus mehreren Ofen­ schüssen besteht, in dem ein wärmebeständiger, vor­ zugsweise aus Sinterkeramik bestehender, rohrförmi­ ger, vorzugsweise vertikal angeordneter Aktivierungs­ schacht (28) angeordnet ist, jedem Ofenschuß ein Brenner zugeordnet ist, der Abgaskanal (62) von einem ersten Ofenschuß (18) abzweigt und die Auslaßöffnung (44) für die Aktivierungsabgase mit einer Nachbrenn­ kammer (48) in Verbindung steht, deren Auslaß (50) mit einem Einlaß (54) eines zweiten Ofenschusses (14) in Verbindung steht.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß drei Ofenschüsse (14, 16, 18) angeordnet sind, wobei der obere Ofenschuß (18) den Abgaskanal (62) und der untere Ofenschuß (14) den Einlaß (54) aufweist.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Ofenschüsse (14, 16, 18) ausgemauerte metallische Grundkörper sind.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Ofenraum (26) eine der Form des Aktivierungsschachtes (28) ange­ paßte Halteplatte (30) aufweist, wobei zwischen der Halteplatte (30) und dem Aktivierungsschacht (28) eine Dichtung (32) angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktivierungs­ schacht (28) an seinem oberen Ende in einer Führung (34) nicht fest verbunden gelagert ist.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, 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.

13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen der Düsen tangential zu der Umfangslinie des Aktivierungs­ schachtes (28) angeordnet sind.

14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Abgaskanal (62) eine dem Wärmetauscher (64) vorgelagerte Absaug­ einrichtung angeordnet ist.

15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (64) Einrichtungen (66) zur Erzeugung von Wasserdampf aufweist, die mit der Einlaßöffnung (68) für Akti­ vierungsgase in Verbindung stehen.

16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaßöffnung (36) des Aktivierungsschachtes (28) eine Zellrad­ schleuse (38) zugeordnet ist.

17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaßöffnung (40) des Aktivierungsschachtes (28) ein Taktschieber (42) zugeordnet ist.

18. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktivierungs­ schacht (28) eine Füllstandsmeßeinrichtung aufweist, die vorzugsweise mit einer Zuführeinrichtung der Ein­ laßöffnung (36) in Wirkverbindung steht.

19. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktivierungs­ schacht (28) und/oder die Nachbrennkammer (48) und/oder der Ofenraum (26) Gasanalysemeßeinrichtungen und/oder Temperaturmeßeinrichtungen aufweisen.

20. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachbrennkammer (48) eine Einlaßöffnung für Sekundärluft aufweist.