DE4317413C2 - Process for treating carbonaceous material - Google Patents

Process for treating carbonaceous material

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln von kohlenstoffhaltigem Material in kontinuierlichem einstufigen Prozeß in einem mit Wärmeenergie beauf­ schlagbaren, wenigstens einen Reaktor aufweisenden Schachtofen, wobei die Wärmeenergie durch Verbrennen von Reaktionsgasen und/oder in den Reaktionsgasen enthaltenen Bestandteilen in einer Brennkammer gewon­ nen wird und eine Pyrolyse und/oder eine Aktivierung des kohlenstoffhaltigen Materials durchgeführt wird.The invention relates to a method for treatment of carbonaceous material in continuous single-stage process in a heat energy beatable, having at least one reactor Shaft furnace, wherein the thermal energy by burning of reaction gases and / or in the reaction gases contained components in a combustion chamber NEN and pyrolysis and / or activation of the carbonaceous material is carried out.

Es ist bekannt, kohlenstoffhaltiges Material in mit Wärmeenergie beaufschlagbaren Schachtöfen zu behan­ deln und im Ergebnis dessen Holzkohle oder Aktiv­ kohle herzustellen. Hierzu ist in der DE 36 04 320 C2 bereits ein Verfahren zur Herstellung von Aktivkohle vorgeschlagen worden, bei dem vorzugsweise wald­ frisches Hackgut in einem kontinuierlichen ein­ stufigen Prozeß in einem Schachtofen unter Verwendung einer Brennkammer und Aktivierung mit einem gebunde­ nen Sauerstoff enthaltenden Heißgas behandelt wird, wobei das Heißgas in der Brennkammer durch Verbren­ nung der Ofenabgase (Reaktionsgase) hergestellt wird. It is known to have carbonaceous material in it To treat heat energy to shaft ovens and, as a result, charcoal or active to produce coal. This is described in DE 36 04 320 C2 already a process for the production of activated carbon has been proposed, preferably in the forest fresh wood chips in a continuous one stage process using in a shaft furnace a combustion chamber and activation with a bound a hot gas containing oxygen is treated, the hot gas in the combustion chamber by burning Furnace exhaust gases (reaction gases) is produced.  

Bei dem dort beschriebenen Verfahren ist nachteilig, daß die den Schachtofen verlassenden Reaktionsgase zuvor über eine zwischengeschaltete Einrichtung zu großen Teilen von in den Reaktionsgasen enthaltenen Teeren und anderen ölhaltigen Stoffen befreit werden müssen. Dies ist deshalb notwendig, weil die durch die Verbrennung der Reaktionsgase erzeugten Heißgase direkt als Aktivierungsgase in den Schachtofen zu rückgeführt werden. Ein Verbleiben von teerhaltigen Resten in dem Aktivierungsgas verhindert entscheidend eine gute Qualität der auszubringenden Aktivkohle.
Weiterhin ist bei dem beschriebenen Verfahren nach­ teilig, daß eine Trennung der in der Brennkammer erzeugten Heißgase erfolgen muß, da nur ein Teil der Heißgase für die Aktivierung eingesetzt werden kann, während der andere Teil, wie dort genannt, ander­ weitig energetisch verwertet wird.In the process described there, it is disadvantageous that the reaction gases leaving the shaft furnace have to be freed to a large extent beforehand from tars and other oil-containing substances contained in the reaction gases via an intermediate device. This is necessary because the hot gases generated by the combustion of the reaction gases are returned directly to the shaft furnace as activation gases. Remaining tar-containing residues in the activation gas crucially prevents good quality of the activated carbon to be discharged.
Furthermore, in the described method, it is disadvantageous that the hot gases generated in the combustion chamber have to be separated, since only part of the hot gases can be used for the activation, while the other part, as mentioned there, is otherwise used for energy purposes.

Ferner ist aus der DD 2 38 162 A1 ein Verfahren zum Betreiben einer Anlage zur Herstellung von Holzkohle, Koks oder Aktivkohle bekannt, bei dem in einem Schachtofen, bei dem sowohl die Prozeßgase als auch die Heißgase in einer Brennkammer erzeugt werden und das kohlenstoffhaltige Material direkt mit diesen als Spülgas beaufschlagt wird. Zur Erzeugung der Heißgase werden zum Teil die Reaktionsgase verwendet, wobei diese zuvor wenigstens teilweise über eine Kühl- und Abscheideeinrichtung geführt werden. Hierbei ist nachteilig, daß während der Abkühlung und Abscheidung die kondensierbaren Bestandteile des Reaktionsgases als separat zu entsorgendes und aufgrund ihres Teer- und Ölgehaltes umweltbelastendes Abfallprodukt ent­ steht. Ferner gelangen die in dem Reaktionsgas ver­ bleibenden kondensierbaren Bestandteile über das er­ zeugte Prozeßgas unmittelbar in Kontakt mit dem zu behandelnden kohlenstoffhaltigen Material und beein­ trächtigen so deren Qualität erheblich.DD 2 38 162 A1 also describes a method for Operating a plant for the production of charcoal, Coke or activated carbon known in one Shaft furnace in which both the process gases and the hot gases are generated in a combustion chamber and the carbonaceous material directly with these as Purge gas is applied. To generate the hot gases some of the reaction gases are used, whereby these previously at least partially via a cooling and Separator are performed. Here is disadvantageous that during cooling and deposition the condensable components of the reaction gas as to be disposed of separately and due to their tar and oil content of environmentally harmful waste product  stands. Furthermore get into the reaction gas permanent condensable components over which he witnessed process gas in direct contact with the treating carbonaceous material and affect thus significantly affect their quality.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der gattungsgemäßen Art zu schaffen, mit dem bei geringem Aufwand eine vollständige thermische Nutzung der Reaktionsgase für die Behandlung von kohlenstoffhaltigem Material möglich ist.The invention is therefore based on the object To create methods of the generic type with a complete thermal with little effort Use of the reaction gases for the treatment of carbonaceous material is possible.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im An­ spruch 1 genannten Merkmale gelöst. Dadurch, daß durch eine indirekte Beheizung des Reaktors unter­ schiedliche Temperaturzonen des Reaktors einstellbar sind, so daß gleichzeitig eine Trocknung und/oder eine Pyrolyse und/oder eine Aktivierung des kohlen­ stoffhaltigen Materials in dem Reaktor erfolgt und die entstehenden Reaktionsgase und die in den Reak­ tionsgasen enthaltenen Bestandteile unmittelbar nach Austritt, das heißt, ohne eine zwischenzeitliche Ab­ kühlung unter eine Kondensationstemperatur in der Brennkammer luftüberschüssig verbrannt werden, ist es vorteilhaft möglich, einerseits durch das sofortige Verbrennen der Reaktionsgase beziehungsweise der in den Reaktionsgasen enthaltenen Bestandteile, eine thermische Beseitigung sämtlicher brennbarer und um­ weltbelastender gasförmiger und kondensierbarer Pro­ dukte zu erreichen und den Energiegehalt der gasför­ migen und kondensierbaren Produkte vollständig für die Wärmeversorgung der thermischen Behandlung der kohlenstoffhaltigen Materialien zu nutzen. Somit ist also eine Nutzung des gebundenen und fühlbaren Energieinhalts der gasförmigen und kondensierbaren Produkte mit dem Reinigung des Reaktionsgases ver­ fahrenstechnisch verknüpft. Zusätzliche Verfahrens­ schritte beziehungsweise Anlagenteile zum Entsorgen beziehungsweise Endbehandeln der kondensierbaren Pro­ dukte, die beispielsweise umweltgefährdende Teere und Öle enthalten, sind somit nicht mehr notwendig. Gerade die kondensierbaren Produkte besitzen einen sehr hohen Heizwert, der optimal für die Prozeß­ führung ausgenutzt werden kann. Durch die weiterhin erfolgende indirekte Beaufschlagung des kohlenstoff­ haltigen Materials mit der Wärmeenergie ist anderer­ seits keine besondere Behandlung der während der Ver­ brennung entstehenden Heißgase notwendig, da diese nicht mehr unmittelbar in Kontakt mit dem kohlen­ stoffhaltigen Material gelangen.This object is achieved by the in claim 1 resolved characteristics. As a result of that by indirect heating of the reactor below different temperature zones of the reactor adjustable are, so that drying and / or pyrolysis and / or activation of the coal material-containing material takes place in the reactor and the resulting reaction gases and those in the reak constituent gases immediately after Leaving, that is, without an interim exit cooling below a condensation temperature in the Excess combustion air is burned, it is advantageously possible, on the one hand through the immediate Burn the reaction gases or in the constituents contained in the reaction gases, one thermal disposal of all combustible and um world-polluting gaseous and condensable pro products and the energy content of gas and condensable products completely for the heat supply of the thermal treatment of the  to use carbon-containing materials. So is thus a use of the bound and tangible Energy content of the gaseous and condensable Products with the cleaning of the reaction gas ver technically linked. Additional procedure steps or parts of the system for disposal or finishing the condensable Pro products, for example environmentally harmful tars and Containing oils are therefore no longer necessary. Condensable products in particular have one very high calorific value, which is optimal for the process leadership can be exploited. By continuing Indirect loading of the carbon containing material with thermal energy is different on the other hand, no special treatment during the ver resulting hot gases necessary because these no longer in direct contact with the coal material containing material.

Durch die indirekte Beaufschlagung des kohlenstoff­ haltigen Materials mit der Wärmeenergie kann der Reaktor in seiner gesamten Höhe mit den Heißgasen beaufschlagt werden, so daß die Ausbildung von unter­ schiedlichen Temperaturzonen möglich ist, in denen gleichzeitig eine Trocknung und/oder eine Pyrolyse und/oder eine Aktivierung des kohlenstoffhaltigen Materials in dem Reaktor erfolgen kann. Hierdurch ist eine Prozeßkopplung der einzelnen Prozeßstufen in einem kontinuierlichen Prozeß sehr einfach möglich.Through the indirect exposure to the carbon containing material with thermal energy The entire height of the reactor with the hot gases be charged, so that the training of under different temperature zones is possible in which drying and / or pyrolysis at the same time and / or activation of the carbonaceous Material can be done in the reactor. This is a process coupling of the individual process stages in a continuous process very easily possible.

Weiterhin kann sehr vorteilhaft das während der Be­ handlung entstehende Reaktionsgas, das in dem kohlen­ stoffhaltigen Material in dem Reaktor im Gegenstrom aufsteigt, über die gesamte hänge des Reaktors so mit Wärmenergie beaufschlagt werden, daß eine zwischen­ zeitliche Abkühlung unter eine Kondensationstempe­ ratur vor Eintritt in die Brennkammer nicht möglich ist. Somit wird ein Kondensieren der in den Reak­ tionsgasen enthaltenen kondensierbaren Bestandteile vor Eintritt in die Brennkammer vermieden, so daß deren vollständige thermische Verwertung möglich ist.Furthermore, this can be very advantageous during loading action resulting reaction gas in the coal  material containing material in the reactor in countercurrent rises over the entire slope of the reactor Thermal energy that is applied between temporal cooling below a condensation temperature not possible before entering the combustion chamber is. This will cause condensation in the reac tion gases contained condensable constituents avoided before entering the combustion chamber, so that their complete thermal utilization is possible.

Durch die indirekte Beheizung des Reaktors kann wei­ terhin durch entsprechende Steuerung der Zuführung der Heißgase auf den Reaktor die Ausrichtung der unterschiedlichen Temperaturzonen beeinflußt werden. Insgesamt kann somit in den unterschiedlichen Tempe­ raturzonen, die unterschiedliche Reaktionszonen mit jeweils gleichen physikalisch-chemischen Vorgängen bilden, eine im wesentlichen gleichmäßige Behandlung des kohlenstoffhaltigen Material durchgeführt werden, so daß sich insgesamt eine Verbesserung der Produkt­ qualität ergibt.Due to the indirect heating of the reactor, white then by appropriate control of the feed the hot gases on the reactor aligning the different temperature zones can be influenced. Overall, therefore, in the different tempe rature zones that have different reaction zones always the same physico-chemical processes form a substantially uniform treatment of the carbonaceous material so that overall an improvement in the product quality results.

Durch eine einfache Verfahrenssteuerung ist es mög­ lich, sowohl die Pyrolyse, also die Holzverkohlung, als auch die Aktivierung der Holzkohle in einem ein­ zigen Reaktor durchzuführen, wobei sich die Möglich­ keit einer gleichmäßigen gesteuerten Prozeßführung, die auf optimale Produktausbeute, homogene Produkt­ qualität und gleichmäßig geringe Emission ausgerich­ tet ist, bietet. Da bei einer Weiterführung des Ver­ fahrens bis zur Aktivierung keine Zwischenkühlung des kohlenstoffhaltigen Materials nach der Verkohlung er­ folgen muß, bietet die Prozeßkopplung erhebliche Vor­ teile in der Energiebilanz und kann mit dem Energie­ inhalt des kohlenstoffhaltigen Materials ohne Fremd­ energie betrieben werden. Ein geringer Fremdenergie­ einsatz ist lediglich beim Anfahren der Anlage not­ wendig.A simple process control makes it possible Lich, both pyrolysis, i.e. wood charring, as well as activating the charcoal in one umzigen reactor, the possibility uniform controlled process control, on optimal product yield, homogeneous product quality and consistently low emissions is offers. As a continuation of the Ver no intermediate cooling of the carbonaceous material after charring he  must follow, the process coupling offers considerable advantages share in the energy balance and can with the energy content of the carbonaceous material without foreign energy operated. A little external energy Use is only necessary when starting up the system agile.

Weiterhin ist vorteilhaft, daß diejenigen gasförmigen Komponenten direkt nach dem Austritt aus dem Reaktor beseitigt werden, die in höheren Konzentrationen ein explosionsfähiges Gemisch bilden können und auf ihrem Weg durch längere Rohrleitungen Sicherheitsvor­ kehrungen gegen Sauerstoffeinbruch und Zündquellen erfordern würden. Darüber hinaus wird eine Konden­ sation von Teeren und Ölen aus den flüchtigen Be­ standteilen des kohlenstoffhaltigen Materials vermie­ den und damit eine saubere Betriebsführung erreicht. Dies ist dadurch gewährleistet, daß der Strömungs­ widerstand des Heißgases am Prozeßende durch ein Saugzuggebläse überwunden wird. Dadurch können keine Teer-Öl-Kondensate abgeschieden werden, und die Anla­ genteile stehen unter einem Unterdruck, so daß keine Emissionen auftreten können. Dadurch, daß die Reak­ tionsgase beziehungsweise die darin enthaltenen Be­ standteile einen sehr hohen Heizwert besitzen, kann eine für die Prozeßführung ausreichende Wärmeenergie zur Verfügung gestellt werden. Die Reaktionsgase werden nicht durch Stickstoff verdünnt, wie das bei direkter Beheizung mit Spülgasen der Fall ist.It is also advantageous that those gaseous Components immediately after exiting the reactor be eliminated in higher concentrations can form explosive mixture and on their Path through longer pipelines Precautions against intrusion of oxygen and sources of ignition would require. It also becomes a condensate sation of tars and oils from the volatile be components of the carbonaceous material achieved and thus a clean management. This is ensured by the flow resistance of the hot gas at the end of the process by Induced draft fan is overcome. This means none Tar oil condensates are separated, and the Anla Genetic parts are under negative pressure, so that none Emissions can occur. Because the Reak tion gases or the Be contained therein components have a very high calorific value sufficient thermal energy for the process control to provide. The reaction gases are not diluted with nitrogen, as in direct heating with purge gases is the case.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Ver­ fahrens kann weiterhin sehr vorteilhaft erreicht wer­ den, daß eine sichere Verbrennung der Gaskomponenten unter gezielt eingestelltem Luftüberschuß und damit unter Vermeidung einer Nachbrennkammer zum Ausbrand von Überschußgasen geführt werden kann. Diese Über­ schußgase würden die Gasmenge enthalten, die nicht als Heißgas in den Schachtofen zurückgeführt werden braucht. Durch die indirekte Beheizung des Reaktors wird weiterhin sehr vorteilhaft erreicht, daß eine Kopplung der Prozesse der Pyrolyse und/oder Akti­ vierung und ,deren Wärmeversorgung erfolgt. Hiermit werden beide Vorgänge unabhängig voneinander steuer­ bar und damit für den Einsatz des Verfahrens leichter beherrschbar.Due to the inventive design of the Ver driving can still be achieved very advantageously  that safe combustion of the gas components with specifically adjusted excess air and thus avoiding an afterburning chamber for burnout can be carried by excess gases. This about Guns would contain the amount of gas that was not be returned to the shaft furnace as hot gas needs. Because of the indirect heating of the reactor is very advantageously achieved that a Coupling the processes of pyrolysis and / or acti vation and, whose heat supply takes place. Herewith both operations will be controlled independently bar and thus easier for the use of the method manageable.

In bevorzugter Ausgestaltung des Verfahrens ist vor­ gesehen, daß die Verbrennung in der Brennkammer unter einer Luftstufung erfolgt. Hiermit wird sehr vor­ teilhaft vermieden, daß sowohl aus dem Holzstickstoff als auch aus dem Stickstoff der Verbrennungsluft Stickoxide gebildet werden. Damit wird eine weitere, beim Betrieb von Gasbrennkammern übliche Emissions­ quelle vermieden. Die thermischen Stickoxide, die insbesondere bei einem Ausbrand von Kohlenwasser­ stoffen, die mit dem Teer in die Brennkammer gelangen, zu einer hohen Emission führen würden, werden durch den stufenweise einstellbaren Luftüber­ schuß auf ein Minimum reduziert und gleichzeitig wird die Bildung von Kohlenmonoxid vermieden, so daß mit hoher Sicherheit die vorgegebenen Grenzwerte unter­ schritten werden. In a preferred embodiment of the method is before seen that the combustion in the combustion chamber under air grading. This will be very before partially avoided both from the wood nitrogen as well as from the nitrogen in the combustion air Nitrogen oxides are formed. This is another common emissions when operating gas combustion chambers source avoided. The thermal nitrogen oxides especially in the event of a hydrocarbon burnout substances with the tar in the combustion chamber would lead to high emissions, through the gradually adjustable air over shot is reduced to a minimum and at the same time avoided the formation of carbon monoxide, so that with the specified limit values with high security be paced.  

Weiterhin ist durch die indirekte Beheizung des Reak­ tors durch die in den Schachtofen geführten Heißgase möglich, den Schachtofen in seiner gesamten Höhe mit Heißgas zu beaufschlagen, so daß auch am Kopf des Schachtofens auf eine hohe Pyrolysegasaustritts­ temperatur Einfluß genommen werden kann. Diese hohe Gasaustrittstemperatur verhindert ein Kondensieren der in den Pyrolysegasen (Reaktionsgasen) enthaltenen Teere, bis diese die Brennkammer erreicht haben.Furthermore, the indirect heating of the Reak through the hot gases led into the shaft furnace possible to use the shaft furnace in its entire height To apply hot gas, so that even at the head of the Shaft furnace to a high pyrolysis gas outlet temperature can be influenced. This high The gas outlet temperature prevents condensation of those contained in the pyrolysis gases (reaction gases) Tars until they have reached the combustion chamber.

Ferner kann durch die erfindungsgemäße indirekte Be­ heizung des Schachtofens erreicht werden, daß die Heißgase derart auf den Schachtofen geführt werden, daß in verschiedenen Zonen des Schachtofens eine Trocknung und/oder eine Pyrolyse und/oder eine Akti­ vierung des kohlenstoffhaltigen Materials erfolgt. Durch eine derartige Beaufschlagung des Schachtofens ist eine Prozeßkopplung der einzelnen Prozeßstufen Trocknung, Pyrolyse und Aktivierung in einem kontinu­ ierlichen Prozeß möglich. Das bei der Aktivierung und der Pyrolyse aus dem kohlenstoffhaltigen Material und Aktivierungsgas entstehende Reaktionsgas steigt in dem Reaktor im Gegenstrom zum kohlenstoffhaltigen Ma­ terial auf. Da das kohlenstoffhaltige Material mit Umgebungstemperatur in den Reaktor eingebracht wird und während seiner Abwärtsbewegung auf die Pyrolyse­ bzw. Aktivierungstemperatur aufgeheizt wird, fungiert das aufsteigende Reaktionsgas als Wärmeträger und er­ möglicht einen optimalen Wärmehaushalt. Durch diese Prozeßführung stellen sich über der Reaktorhöhe Zonen gleicher physikalisch/chemischer Vorgänge ein, deren horizontale Ausrichtung durch die Zuführung der Heiß­ gase in den Schachtofen leicht zu steuern ist. Je kleiner der Reaktorquerschnitt gewählt ist, um so besser kann auf die horizontale Ausrichtung Einfluß genommen werden und im Reaktorquerschnitt eine homo­ gene Temperatur als Basis für eine einheitliche Pro­ duktqualität erzielt werden.Furthermore, the indirect loading according to the invention heating of the shaft furnace that the Hot gases are fed to the shaft furnace in such a way that in different zones of the shaft furnace one Drying and / or pyrolysis and / or Akti The carbonaceous material is crossed. By loading the shaft furnace in this way is a process coupling of the individual process stages Drying, pyrolysis and activation in one continuous process possible. That at activation and pyrolysis from the carbonaceous material and Activation gas generated reaction gas rises the reactor in counterflow to the carbon-containing Ma material. Because the carbonaceous material with Ambient temperature is introduced into the reactor and while moving down to pyrolysis or activation temperature is heated acts the rising reaction gas as a heat carrier and he enables an optimal heat balance. Through this Process control are placed above the reactor height zones same physical / chemical processes, their horizontal alignment by feeding the hot  gases in the shaft furnace is easy to control. Each smaller the reactor cross-section is chosen, so can influence the horizontal alignment better be taken and a homo in the reactor cross section temperature as the basis for a uniform pro product quality can be achieved.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen des Verfahrens ergeben sich aus den übrigen in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.Further preferred refinements of the method result from the rest of the subclaims mentioned features.

Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungs­ beispiel anhand der einzigen Zeichnung, die sche­ matisch eine Anlage zur erfindungsgemäßen Durch­ führung des Verfahrens zeigt, näher erläutert.The invention is in one embodiment example from the single drawing, the Sche matically a system for the invention management of the process shows, explained in more detail.

In der Figur ist eine allgemein mit 10 bezeichnete Anlage zur Behandlung von kohlenstoffhaltigen Mate­ rialen gezeigt. Die Anlage 10 weist einen Schachtofen 12 auf, innerhalb dessen ein Reaktor 14 angeordnet ist. Der Reaktor 14 ist hier mit einer angedeuteten Einfülleinrichtung 16 für kohlenstoffhaltiges Aus­ gangsmaterial versehen. Im oberen Bereich des Reak­ tors 14 bzw. des Schachtofens 12 ist ein Abzug 18 für Reaktionsgase vorgesehen, der in eine Brennkammer 20 mündet. Die Brennkammer 20 ist einerseits über eine erste Zuführung 22 für Heißgas (Verbrennungsgas) mit dem Schachtofen 12 verbunden und andererseits über eine zweite Zuführung 24 für Heißgas mit einem Wärmetauscher 26 verbunden. Der Wärmetauscher 26 ist mit einer Zuführung 28 mit einem Einlaß 30 für Aktivierungsgase an dem Schachtofen 12 verbunden. Die Brennkammer 20 weist weiterhin einen Einlaß 32 für Frischluft auf.In the figure, a generally designated 10 plant for the treatment of carbonaceous mate rials is shown. The system 10 has a shaft furnace 12 , within which a reactor 14 is arranged. The reactor 14 is here provided with an indicated filling device 16 for carbon-containing starting material. In the upper region of the reactor 14 or the shaft furnace 12 , a vent 18 for reaction gases is provided, which opens into a combustion chamber 20 . The combustion chamber 20 is connected on the one hand to the shaft furnace 12 via a first supply 22 for hot gas (combustion gas) and on the other hand connected to a heat exchanger 26 via a second supply 24 for hot gas. The heat exchanger 26 is connected to a feed 28 with an inlet 30 for activation gases on the shaft furnace 12 . The combustion chamber 20 also has an inlet 32 for fresh air.

Die Anlage 10 ist in der Figur nur schematisch gezeigt und aus Gründen der Übersichtlichkeit wurde auf die Darstellung einzelner Stell- und/oder Re­ gelorgane, beispielsweise Schieber, Drosseln oder ähnliches, verzichtet.The system 10 is shown only schematically in the figure and for the sake of clarity, the illustration of individual actuators and / or regulators, for example slides, throttles or the like, has been omitted.

Mit der in der Figur gezeigten Anordnung wird das erfindungsgemäße Verfahren folgendermaßen durchge­ führt:
Über die Einfülleinrichtung 16 wird der Schachtofen 14 mit kohlenstoffhaltigem Ausgangsmaterial bis zu einer bestimmten Einfüllhöhe befüllt. Die Brenn­ kammer 20 wird zu Prozeßbeginn durch eine Fremd­ energiequelle, beispielsweise Öl, gestartet, so daß über die Zuführung 22 Heißgas in den Beheizungsraum des Schachtofens 12 gelangt. Das Heißgas erwärmt dort den Reaktor 14 und damit indirekt das in dem Reaktor 14 sich befindende kohlenstoffhaltige Ausgangsmaterial. Über die zweite Zuführung 24 wird gleichzeitig der Wärmetauscher 26 aktiviert, der so ausgestaltet ist, daß über die Zuführung 28 Heißdampf durch den Einlaß 30 in den Reaktor 14 gelangt. Dieser Heißdampf steigt innerhalb des Reaktors 14 im Gegenstrom zu dem sich darin befindenden kohlenstoffhaltigen Ausgangsmaterial auf und dient als Aktivierungsgas. Der Reaktor 14 bildet dabei drei Zonen, bei der in einer oberen Zone bei Temperaturen von ca. 250°C eine Trocknung des kohlenstoffhaltigen Materials stattfindet. In einer mittleren Zone des Reaktors 14 wird das koh­ lenstoffhaltige Ausgangsmaterial bei Temperaturen von ca. 600°C verkohlt, während in einer unteren Zone bei Temperaturen von ca. 950°C das bereits verkohlte Ausgangsmaterial aktiviert wird. Während der Verkohlung, also während der Pyrolyse und während der Aktivierung wird in der mittleren und unteren Zone des Reaktors 14 Pyrolysegas beziehungsweise Prozeßgas frei, das sich mit dem über den Einlaß 30 eingelassenen nicht bei der Aktivierung umgesetzten Heißdampf vermischt und nach oben aus dem Reaktor 14 als Reaktionsgas entweicht.With the arrangement shown in the figure, the method according to the invention is carried out as follows:
Through the filling device 16 of the shaft furnace 14 is filled with carbonaceous starting material to a certain filling height. The combustion chamber 20 is started at the beginning of the process by an external energy source, for example oil, so that 22 hot gas enters the heating chamber of the shaft furnace 12 via the feed. The hot gas heats the reactor 14 there and thus indirectly the carbon-containing starting material located in the reactor 14 . Via the second feed 24 , the heat exchanger 26 is activated at the same time, which is designed such that hot steam passes through the inlet 30 into the reactor 14 via the feed 28 . This superheated steam rises inside the reactor 14 in counterflow to the carbon-containing starting material located therein and serves as an activation gas. The reactor 14 forms three zones, in which drying of the carbon-containing material takes place in an upper zone at temperatures of approximately 250.degree. In a central zone of the reactor 14 , the carbonaceous starting material is charred at temperatures of about 600 ° C, while in a lower zone at temperatures of about 950 ° C the already charred starting material is activated. During the carbonization, so during pyrolysis and during the activation of reactor 14 pyrolysis gas or process gas is free in the middle and lower zone, which mixes with the recessed via the inlet 30 is not implemented in the activation of superheated steam and upwardly from the reactor 14 escapes as reaction gas.

Das Reaktionsgas wird über den Abzug 18 der Brenn­ kammer 20 zugeführt. Die Brennkammer 20 ist dabei unmittelbar nach dem Schachtofen 12 angeordnet, so daß die Prozeßabgase nicht soweit abkühlen können, daß die darin enthaltenen Teere und Öle konden­ sieren können. Das heißt also, diese Reaktionsgase und die darin enthaltenen Bestandteile werden so­ fort nach Austritt aus dem Reaktor 14 in der Brenn­ kammer 20 verbrannt und übernehmen nach einer An­ laufzeit die Lieferung der Heißgase, die über die Zuführung 22 dem Innenraum des Schachtofens 12 zu­ geleitet werden und die über die Zuführung 24 dem Wärmetauscher 26 zugeführt werden. Somit ist ge­ währleistet, da die Reaktionsgase einen hohen ener­ getischen Wert besitzen, daß nach einer kurzen An­ laufzeit die gesamte Anlage 10 in einem energetisch autarken Betrieb arbeitet. Über den Einlaß 32 wird der Brennkammer 20 dabei in Stufen Luft zugeführt, so daß in der Brennkammer 20 die Luftzufuhr so gesteuert wird, daß eine thermische Stickoxid­ bildung und auch ein Kohlenmonoxidaustritt, auf ein Minimum reduziert werden. Die Brennkammer 20 ist durch die Luftzugabe beliebig temperierbar, weil die Überwindung einer Druckdifferenz der Strömungswege durch einen am kalten Ende des Schachtofens 12 angeordneten Saugzugventilator erfolgen kann. Die Wärmeübertragung auf das in dem Reaktor 14 eingefüllte kohlenstoffhaltige Material erfolgt indirekt über die heißen Wände des Reaktors 14.The reaction gas is supplied to the combustion chamber 20 via the trigger 18 . The combustion chamber 20 is arranged immediately after the shaft furnace 12 , so that the process exhaust gases cannot cool to the extent that the tars and oils contained therein can condense. This means that these reaction gases and the constituents contained therein are burned immediately after leaving the reactor 14 in the combustion chamber 20 and, after a period of time, take over the delivery of the hot gases which are fed to the interior of the shaft furnace 12 via the feed 22 and which are fed to the heat exchanger 26 via the feed 24 . This ensures ge, since the reaction gases have a high energy value that after a short period of time the entire system 10 operates in an energetically self-sufficient mode. Air is supplied to the combustion chamber 20 in stages via the inlet 32 , so that the air supply is controlled in the combustion chamber 20 in such a way that thermal nitrogen oxide formation and also a carbon monoxide outlet are reduced to a minimum. The combustion chamber 20 can be heated to any desired temperature by the addition of air, because a pressure difference in the flow paths can be overcome by an induced draft fan arranged at the cold end of the shaft furnace 12 . The heat transfer to the carbon-containing material filled in the reactor 14 takes place indirectly via the hot walls of the reactor 14 .

Ein wesentlicher Vorteil dieses Prozesses ist es, daß der Reaktor 14 auch in den Bereichen des frisch eingefüllten kohlenstoffhaltigen Materials, also der bereits erwähnten oberen Zone, mit hohen Wand­ temperaturen gefahren werden kann und damit die Möglichkeit besteht, die Austrittstemperatur der Reaktionsgase soweit zu erhöhen, daß bis zur Brennkammer eine Kondensation von Teeren und Ölen nicht erfolgt. Diese werden daher im gasförmigen Zustand in der einfach aufgebauten Brennkammer 20 vollständig mit verbrannt, wodurch erreicht wird, daß keine Fremdenergie für die Prozeßführung außerhalb des Anfahrens notwendig wird. Probleme durch eine eventuelle Kondensatabscheidung oder unverbrannte Gase, die zu Umweltbelastungen führen könnten, werden daher bereits vor der Entstehung gelöst. Der gesamte aus der Verkohlung des kohlenstoffhaltigen Ausgangsmaterials entstehende Wasserdampf, der durch die Holzfeuchte und das damit verbundene Zersetzungswasser entsteht, wird mit durch die Brennkammer 20 geführt und dort von den Belastungen durch organische Säuren befreit und mit den Abgasen der Brennkammer 20 in die Atmosphäre abgegeben. Eine übliche Abwasser­ reinigung für säuren-, teer- und ölhaltige Prozeßabwässer ist damit nicht mehr erforderlich.A major advantage of this process is that the reactor 14 can also be operated with high wall temperatures in the areas of the freshly filled carbon-containing material, that is to say the upper zone already mentioned, and thus there is the possibility of increasing the outlet temperature of the reaction gases to the extent that that no condensation of tars and oils takes place up to the combustion chamber. These are therefore completely burned in the gaseous state in the simply constructed combustion chamber 20, with the result that no external energy is required for the process control outside of the start-up. Problems caused by a possible condensate separation or unburned gases, which could lead to environmental pollution, are therefore solved before they arise. All of the water vapor resulting from the carbonization of the carbon-containing starting material, which is produced by the wood moisture and the decomposition water associated therewith, is carried through the combustion chamber 20 and there freed from the loads of organic acids and released into the atmosphere with the exhaust gases of the combustion chamber 20 . A conventional wastewater treatment for acid, tar and oil-containing process wastewater is no longer necessary.

Ist die Trocknung des kohlenstoffhaltigen Ausgangs­ materials in der obersten Zone des Reaktors 14 weitgehend abgeschlossen, führt die Exothermie der Pyrolyse zu einer relativ schnellen Verkohlung, die bei einem Gehalt von flüchtigen Bestandteilen von ca. 15% aus Gründen der gewünschten Holzkohlequa­ lität abzubrechen ist. Es hat sich gezeigt, daß eine Gesamtaufheizzeit von ca. 2,5 Stunden genügt, um aus Holzstücken der als Einsatzmaterial vorge­ sehenen Größe Holzkohle der erwarteten Qualität zu erzeugen.If the drying of the carbonaceous starting material in the uppermost zone of the reactor 14 is largely completed, the exothermic pyrolysis leads to a relatively rapid carbonization, which has to be stopped at a volatile content of approximately 15% for reasons of the desired charcoal quality. It has been shown that a total heating time of approximately 2.5 hours is sufficient to produce charcoal of the expected quality from pieces of wood of the size provided as feed material.

Durch die indirekte Aufheizung des kohlenstoff­ haltigen Materials kann die Temperatur außerhalb des Rohres des Reaktors 14 größer sein als die, die zur eigentlichen Pyrolyse bzw. Aktivierung benötigt wird. Sie darf aber nicht so hoch sein, daß in­ nerhalb der eingefüllten Holzstücke unvertretbare Differenzen im Durchkohlungsgrad, das heißt im An­ teil an flüchtigen Bestandteilen, entstehen. Due to the indirect heating of the carbon-containing material, the temperature outside the tube of the reactor 14 can be higher than that which is required for the actual pyrolysis or activation. However, it must not be so high that unacceptable differences in the degree of carbonization, that is to say in the proportion of volatile constituents, arise within the filled pieces of wood.

Eine vorteilhafte Temperaturführung kann beispielsweise dadurch erreicht werden, in dem die über die Zuführung 22 auf den Reaktor 14 geführten Heißgase über ein im Beispiel nicht dargestellten Wärmetauscher geleitet und so gegebenenfalls gekühlt werden können.An advantageous temperature control can be achieved, for example, by passing the hot gases through the feed 22 to the reactor 14 through a heat exchanger, not shown in the example, and thus cooling them if necessary.

Die Optimierung der Temperaturführung im Schacht­ ofen 12 ermöglicht eine Optimierung des Energie­ haushaltes des gesamten Prozesses der Behandlung von kohlenstoffhaltigem Ausgangsmaterial. Bei der Aktivierung der im Reaktor 14 des Schachtofens 12 erzeugten Holzkohle in der unteren Zone des Reak­ tors 14 wird Energie im stark endothermen Prozeß verbraucht. Im Innern des Reaktors 14 wird durch die indirekte Wärmeübertragung eine geringere Reak­ tionstemperatur erreicht als in der Nähe der Reak­ torwand. Hier sind Temperaturführung, Versorgung mit Aktivierungsgas, Reaktorleistung und Produktqualität besonders gut optimierbar.The optimization of the temperature control in the shaft furnace 12 enables an optimization of the energy balance of the entire process of treating carbon-containing starting material. When activating the charcoal generated in the reactor 14 of the shaft furnace 12 in the lower zone of the reactor 14 , energy is consumed in the strongly endothermic process. Inside the reactor 14 , a lower reaction temperature is achieved by the indirect heat transfer than near the reactor wall. Temperature control, supply of activation gas, reactor output and product quality can be optimized particularly well here.

Nach allem wird festgestellt, daß die bei der trockenen Destillation des kohlenstoffhaltigen Aus­ gangsmaterials, also der Pyrolyse bzw. der Ver­ kohlung entstehenden Gase und kondensierbaren Stoffe, beispielsweise organische Säuren, Teere und Öle, durch die Verfahrensgestaltung ausschließlich energetisch genutzt werden und damit kontrolliert und gezielt umweltfreundlich beseitigt werden.After all, it is found that the dry distillation of the carbonaceous Aus gangsmaterials, so the pyrolysis or Ver carbonization gases and condensable Substances, for example organic acids, tars and Oils, through the process design exclusively used energetically and thus controlled and be disposed of in an environmentally friendly manner.

Durch die Nachschaltung der Brennkammer 20 unmit­ telbar nach dem Schachtofen 12 wird erreicht, daß hohe Temperaturen und Verweilzeiten bei ausreichen­ dem Sauerstoffangebot einen sehr hohen Ausbrenngrad der kondensierbaren Pyrolyseprodukte gewährleisten, während zur Minimierung der Stickoxidemissionen gestuft Luft zugeführt werden kann.By connecting the combustion chamber 20 immediately after the shaft furnace 12 , it is achieved that high temperatures and residence times with sufficient oxygen supply ensure a very high degree of burnout of the condensable pyrolysis products, while air can be supplied in stages in order to minimize the nitrogen oxide emissions.

Im nachfolgenden soll der Verfahrensablauf an einem konkreten Ausführungsbeispiel nochmals verdeutlicht werden.In the following, the process flow on one concrete embodiment illustrated again will.

Für die Holzkohleerzeugung mit der Anlage 10 werden an der Luft abgelagertes Buchen- und Eichen­ schichtholz, in Abmessungen von ca. 10 × 10 × 10 cm in den Reaktor 14 eingefüllt. Für eine Aktiv­ kohleerzeugung werden Hackschnitzel der gleichen Holzarten in den Abmessungen von ca. 50 × 20 × 8 mm eingefüllt. Vor der Verkohlung bzw. Aktivierung werden ca. 85% der Rinde entfernt, da sich ein höherer Rindenanteil negativ auf die Qualität der zu erzeugenden Produkte auswirken kann. Das er­ wähnte Einsatzmaterial besitzt daher folgende typische Ausgangswerte:For the charcoal production with the system 10 beech and oak plywood deposited in the air, in dimensions of approx. 10 × 10 × 10 cm, are filled into the reactor 14 . For the production of activated carbon, wood chips of the same types of wood with the dimensions of approx. 50 × 20 × 8 mm are filled. Before charring or activation, approx. 85% of the bark is removed, as a higher proportion of bark can have a negative effect on the quality of the products to be produced. The feed material he mentioned therefore has the following typical initial values:

  • - Wassergehalt ca. 25% (bezogen auf Masse feucht)- water content approx. 25% (based on mass moist)
  • - Aschegehalt ca. 1,5% (wasserfrei)- Ash content approx.1.5% (anhydrous)
  • - Schwefelgehalt max. 0,05% (wasserfrei)- sulfur content max. 0.05% (anhydrous)
  • - Stickstoffgehalt ca. 0,1% (wasserfrei)- nitrogen content approx. 0.1% (anhydrous)
  • - flüchtige Bestandteile 80 bis 82% (wasserfrei).- volatile components 80 to 82% (anhydrous).

Die mit der Anlage 10 und dem beschriebenen Ver­ fahren hergestellte stückige Holzkohle hat nach dem Austrag aus dem Reaktor 14 folgende Analysewerte:The lumpy charcoal produced with the system 10 and the process described has the following analysis values after discharge from the reactor 14 :

  • - Wassergehalt max. 10%- water content max. 10%
  • - Aschegehalt (wasserfrei) max. 4%- Ash content (anhydrous) max. 4%
  • - fixer Kohlenstoff (wasserfrei) min. 80%- fixed carbon (anhydrous) min. 80%
  • - Stückgröße 10 bis 100 mm.- Piece size 10 to 100 mm.

Wird im Reaktor in einem Verfahrensschritt aus feuchten gehackten Holzschnitzeln Aktivkohle er­ zeugt, besitzt diese folgende Analysewerte:Is out in the reactor in one process step damp chopped activated carbon wood chips has the following analysis values:

  • - Körnung 0,5 bis 4 mm- Grain size 0.5 to 4 mm
  • - Wassergehalt max. 15%- water content max. 15%
  • - Aschegehalt (wasserfrei) max. 6%- Ash content (anhydrous) max. 6%
  • - Rütteldichte 240 bis 410 kg/m- Vibration density 240 to 410 kg / m
  • - Adsorptionsleistungen gegenüber Phenol 2 bis 4% (bei 1 ppm), 0,8 bis 2% (bei 0,1 ppm)- Adsorption performance compared to phenol 2 to 4% (at 1 ppm), 0.8 to 2% (at 0.1 ppm)
  • - gegenüber Jod min. 650 mg/g- compared to iodine min. 650 mg / g
  • - spezifische Oberfläche min. 750 m²/g- specific surface min. 750 m² / g
  • - die Porenstruktur ist bimodal.- The pore structure is bimodal.

Die angegebenen Werte für die Holzkohle- bzw. Aktivkohleerzeugung sind lediglich beispielhaft und sind nicht geeignet, das beschriebene Verfahren auf diese Werte einzuschränken.The specified values for the charcoal or Activated carbon production is only exemplary and are not suitable for the described method limit these values.

Durch Einstellung der Prozeßparameter, also insbe­ sondere der Temperaturführung, kann der Reaktor so gefahren werden, daß wahlweise oder anteilig die eingesetzten Ausgangsmengen an kohlenstoffhaltigem Material in die gewünschten Zielprodukte umgesetzt werden können, so daß durch eine Änderung der Pro­ zeßführung Holzkohle oder Aktivat hergestellt wer­ den kann.By setting the process parameters, in particular special of the temperature control, the reactor can be driven that either selectively or proportionately initial amounts of carbonaceous used Material converted into the desired target products can be, so that by changing the Pro  zeßführung charcoal or activate who made that can.

Wird die Anlage 10 so betrieben, daß Holzkohle her­ gestellt werden soll, kann über die Zuführung 28 und den Einlaß 30 ebenfalls eine Zuführung von Heißdampf (Wasserdampf) in den Reaktor 14 erfolgen, die eigentlich nur als Aktivierungsgaszufuhr bei der Aktivkohleherstellung notwendig ist. Dieser Wasserdampf wirkt bei einer erforderlichen Temperatur von ca. 500°C für die geforderte Ausgarung des Holzes nicht als Aktivierungsgas im Sinne der Aktivierung. Es wurde jedoch gefunden, daß der Wasserdampf bei der Holzkohleherstellung durch die damit verbundene Erhöhung der Spülgasmenge zu einer Verbesserung des Wärme­ haushaltes im Reaktor 14 führt und damit eine Er­ höhung der Holzkohleausbeute erreicht werden kann.If the system 10 is operated so that charcoal is to be produced, a supply of superheated steam (water vapor) into the reactor 14 can also take place via the feed 28 and the inlet 30 , which is actually only necessary as an activation gas supply in the production of activated carbon. This water vapor does not act as an activation gas in the sense of activation at a required temperature of approx. 500 ° C for the required cooking of the wood. However, it has been found that the water vapor in charcoal production by the associated increase in the amount of purge gas leads to an improvement in the heat balance in the reactor 14 and thus an increase in the charcoal yield can be achieved.

Claims (4)

1. Verfahren zum Behandeln von kohlenstoffhaltigem Material in kontinuierlichem einstufigen Prozeß in einem mit Wärmeenergie beaufschlagbaren, wenigstens einen Reaktor aufweisenden Schachtofen, wobei die Wärmeenergie , durch Verbrennen von Reaktionsgasen und/oder in den Reaktionsgasen enthaltenen Bestand­ teilen in einer Brennkammer gewonnen wird und eine Pyrolyse und/oder eine Aktivierung des kohlenstoff­ haltigen Materials durchgeführt wird, dadurch gekenn­ zeichnet, daß durch eine indirekte Beheizung des Reaktors unterschiedliche Temperaturzonen des Reak­ tors einstellbar sind, so daß gleichzeitig eine Trocknung und/oder eine Pyrolyse und/oder eine Akti­ vierung des kohlenstoffhaltigen Materials in dem Re­ aktor erfolgt und die entstehenden Reaktionsgase und die in den Reaktionsgasen enthaltenen Bestandteile unmittelbar nach Austritt, das heißt, ohne eine zwischenzeitliche Abkühlung unter eine Kondensations­ temperatur in der Brennkammer luftüberschüssig ver­ brannt werden.1. A method for treating carbonaceous material in a continuous one-step process in a heatable, at least one reactor shaft furnace, the heat energy, by burning reaction gases and / or components contained in the reaction gases is obtained in a combustion chamber and a pyrolysis and / or an activation of the carbonaceous material is carried out, characterized in that different temperature zones of the reactor can be set by indirect heating of the reactor, so that drying and / or pyrolysis and / or activation of the carbonaceous material in at the same time the reactor takes place and the resulting reaction gases and the constituents contained in the reaction gases are burned with excess air in the combustion chamber immediately after exiting, that is to say without intermediate cooling below a condensation temperature in the combustion chamber. 2. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennkammer während des Verbrennens der Reaktionsgase und/oder der in den Prozeßabgasen enthaltenen Bestandteile die Luft gestuft zugeführt wird. 2. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the combustion chamber during the combustion of the reaction gases and / or in the Process exhaust gases contain air is fed in stages.   3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß überschüssige Heiß­ gase zur Erzeugung von Aktivierungsgasen, insbeson­ dere Aktivierungsdampf, verwendet werden.3. Method according to one of the preceding claims che, characterized in that excess hot gases for the generation of activation gases, in particular activation steam can be used. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktivierungsgase das kohlenstoffhaltige Material im Gegenstrom durch­ strömen.4. The method according to any one of the preceding claims che, characterized in that the activation gases the carbonaceous material in counterflow stream.
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