EP1614987A1 - Drehrohrofen für die Aktivkohleherstellung - Google Patents

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EP1614987A1
EP1614987A1 EP05012514A EP05012514A EP1614987A1 EP 1614987 A1 EP1614987 A1 EP 1614987A1 EP 05012514 A EP05012514 A EP 05012514A EP 05012514 A EP05012514 A EP 05012514A EP 1614987 A1 EP1614987 A1 EP 1614987A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
rotary tube
mixing elements
rotary
activated carbon
tube according
Prior art date
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Application number
EP05012514A
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English (en)
French (fr)
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EP1614987B1 (de
Inventor
Hasso von Blücher
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bluecher GmbH
Original Assignee
Bluecher GmbH
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Publication date
Application filed by Bluecher GmbH filed Critical Bluecher GmbH
Publication of EP1614987A1 publication Critical patent/EP1614987A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1614987B1 publication Critical patent/EP1614987B1/de
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Anticipated expiration legal-status Critical

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B7/00—Rotary-drum furnaces, i.e. horizontal or slightly inclined
    • F27B7/14—Rotary-drum furnaces, i.e. horizontal or slightly inclined with means for agitating or moving the charge
    • F27B7/16—Rotary-drum furnaces, i.e. horizontal or slightly inclined with means for agitating or moving the charge the means being fixed relatively to the drum, e.g. composite means
    • F27B7/161—Rotary-drum furnaces, i.e. horizontal or slightly inclined with means for agitating or moving the charge the means being fixed relatively to the drum, e.g. composite means the means comprising projections jutting out from the wall
    • F27B7/162—Rotary-drum furnaces, i.e. horizontal or slightly inclined with means for agitating or moving the charge the means being fixed relatively to the drum, e.g. composite means the means comprising projections jutting out from the wall the projections consisting of separate lifting elements, e.g. lifting shovels

Definitions

  • the present invention relates to a rotary tube, in particular for a rotary kiln for the production of activated carbon, according to the preamble of claim 1 and a rotary kiln with such a rotary tube. Furthermore, the present invention relates to the use of this rotary tube or rotary kiln for the production of activated carbon.
  • Activated carbon is the most widely used adsorbent due to its rather nonspecific adsorptive properties. Legal requirements, but also the increasing awareness of the responsibility for the environment, lead to an increasing need for activated carbon.
  • the activated carbon is increasingly being used both in the civilian as well as in the military field.
  • activated carbon is used, for example, for the purification of gases, filter systems for air conditioning, car filters, etc.
  • protective materials of all kinds eg respirators, protective covers and protective clothing of all kinds, such as eg protective suits etc.
  • Activated carbon is generally obtained by carbonation (also referred to synonymously as carbonization, pyrolysis or coking) and subsequent activation of suitable carbonaceous starting materials. In this case, those starting materials are preferred which lead to economically reasonable yields. Because the weight loss by elimination of volatile components in the carbonization and by the burn-off when activating are significant.
  • carbonation also referred to synonymously as carbonization, pyrolysis or coking
  • suitable carbonaceous starting materials are preferred which lead to economically reasonable yields. Because the weight loss by elimination of volatile components in the carbonization and by the burn-off when activating are significant.
  • activated carbon reference can be made, for example, to H. v. Chem. Kienle and E. Baths, activated carbon and their industrial application, Enke Verlag Stuttgart, 1980.
  • Typical starting materials are, for example, coconut shells, wood waste, peat, hard coal, pitches, but also special plastics such.
  • sulfonated polymers which play a major role in the production of activated carbon in the form of granules or beads, among other things.
  • Activated carbon is used in various forms: powdered coal, chipping coal, grain carbon, carbon and since the late 1970s also grain and spherical activated carbon (so-called “coal” or “carbon”).
  • Grain-shaped, in particular spherical activated carbon has over a number of advantages over other forms of activated carbon such as powder, chipping coal and the like, which makes them valuable or even indispensable for certain applications: it is free-flowing, highly abrasion-resistant and dust-free and very hard.
  • Grain, especially ball coal because of their special shape, but also because of the extremely high abrasion resistance for special applications, such.
  • As surface filter materials for protective suits against chemical toxins or filters for low pollutant concentrations in large quantities of air very popular.
  • activated carbon in particular granular carbon and spherical carbon
  • suitable polymers Preference is given to using sulfonated polymers, in particular sulfonated divinylbenzene crosslinked styrene polymers, wherein the sulfonation can also be achieved in situ in the presence of sulfuric acid or oleum.
  • sulfonated polymers in particular sulfonated divinylbenzene crosslinked styrene polymers, wherein the sulfonation can also be achieved in situ in the presence of sulfuric acid or oleum.
  • ion exchange resins or their precursors which is usually divinylbenzene crosslinked polystyrene resins, wherein in the case of the finished ion exchanger, the sulfonic acid groups are already present in the material and in the case of IonenServormen still need to be introduced by sulfonation.
  • the sulfonic acid groups play a crucial role as they play the role of a crosslinker by cleavage during carbonation. Disadvantageous and problematic, however, are in particular the large amounts of sulfur dioxide released and, among other things, the associated corrosion problems in the production equipment.
  • activated carbon takes place in rotary kilns. These have, for example, a point of entry for the raw material embroidery at the beginning of the oven and a discharge point for the end product at the end of the oven.
  • the conversion of the carbonaceous feedstock to carbon occurs, in other words, the feedstock is charred.
  • Suitable starting polymers of the abovementioned type are, in particular, ion exchange resins (for example cation exchange resins or acidic ion exchange resins, preferably with sulfonic acid groups, for example cation exchange resins based on sulfonated styrene / divinylbenzene copolymers) or their precursors (ie the unsulfonated ion exchange resins which are present or in the carbonation still with a suitable sulfonating agent, such as sulfuric acid and / or oleum, must be sulfonated).
  • a suitable sulfonating agent such as sulfuric acid and / or oleum
  • the pyrolysis is carried out under an inert atmosphere (eg nitrogen) or at best a slightly oxidizing atmosphere.
  • Carbonation is then followed by activation of the carbonated starting material.
  • the basic principle of activation is to selectively and selectively degrade part of the carbon generated during carbonization under suitable conditions. This results in numerous pores, crevices and cracks, and the surface area of the activated carbon based on the mass unit increases considerably. During activation, a targeted burning of the coal is thus carried out. Since carbon is degraded upon activation, this process results in a sometimes considerable loss of substance which, under optimum conditions, is equivalent to an increase in porosity and an increase in the internal surface area (pore volume) of the activated carbon. The activation therefore takes place under selective or controlled oxidizing conditions.
  • Common activating gases are generally oxygen, in particular in the form of air, water vapor and / or carbon dioxide and mixtures of these activating gases.
  • inert gases eg nitrogen
  • the activation is generally carried out at relatively high temperatures, in particular in the temperature range from 700 ° C to 1200 ° C, preferably 800 ° C to 1100 ° C. This places high demands on the temperature resistance of the Trohrohrofenmaterials.
  • the rotary kiln material must withstand the very corrosive conditions of the carbonation phase as well as the high temperature conditions of the activation phase on the one hand, only those materials are used for the production of the rotary kiln, which have a good high temperature corrosion resistance, d. H. in particular steels, which combine a good resistance to chemically aggressive materials, in particular a good corrosion resistance, as well as a good high temperature resistance in a single material. These are in particular high-alloyed steels, i. H. Steels with more than 5% alloying elements. In particular, highly alloyed chromium or chromium / nickel steels are used as materials for the production of rotary kilns.
  • the high-temperature corrosion-resistant steels have the decisive disadvantage that they are only moderately to poorly welded. This is therefore a problem because of the thorough mixing of the load, in particular for a homogeneous contacting of the loading material with the activating gases, mixing elements in the form of shovel-like circulation or turning plates - synonymous also referred to as Materialleitbleche - must be present in the interior of the rotary kiln, which consist equally of high temperature corrosion resistant steel and are welded on the inside with the inner walls of the rotary tube, to create a stable bond to the rotary tube interior.
  • embrittlement of the material may occur (eg by precipitation processes and so-called sigma phase formation).
  • grain growth can occur, which is also associated with embrittlement of the material. Therefore, the welding of the mixing or Umisselzimplantation with the inner walls of the rotary tube in conventional manufacturing equipment is not without problems.
  • welds or welds inside the rotary tube during the process of activated carbon production are always exposed to heavy loads, on the one hand by corrosive processes during carbonization and on the other by the very high temperatures during activation, so that high stresses in terms on the welds occur.
  • This requires constant maintenance and inspection, which is not without problems, since the welds are mounted on the inside and therefore maintenance is possible only outside the operation of the rotary tube.
  • WO 01/83368 A1 proposes to separate the corrosive process step of the carbonization associated with the emission of acidic gases (eg SO 2 ) from the high-temperature stage of the replenishment and activation, ie to carry out the corrosive phase of the carbonization in other equipment than the high temperature phase of the Nachschwelung and activation.
  • acidic gases eg SO 2
  • this has the advantage that one can use different rotary tube materials for the corrosive phase of the carbonization on the one hand and the high-temperature phase of Nachschwelung and activation on the other hand, which are respectively adapted to the corrosive phase and the high-temperature phase.
  • carbonization and activation must be carried out separately, ie can not be performed in a single batch process in a single apparatus.
  • An object of the present invention is thus to provide an apparatus which is particularly suitable for the production of activated carbon.
  • Another object of the present invention is therefore to provide a rotary tube or a rotary kiln, in particular for the production of activated carbon, which at least partially avoids or at least attenuates the disadvantages of the prior art described above.
  • the present invention proposes a rotary tube according to claim 1. Further, advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.
  • Another object of the present invention is a rotary kiln according to claim 13, which comprises the rotary tube according to the invention.
  • Another object of the present invention is the use of the rotary tube or rotary kiln according to the invention for the production of activated carbon according to claim 14. Further, advantageous embodiments of the inventive use are the subject of the use claims.
  • a further subject of the present invention is a process for the production of activated carbon in the rotary kiln or rotary kiln according to the invention according to claim 18.
  • Another object of the present invention - according to a fourth aspect of the invention - is a method for producing activated carbon in a rotary tube 1 according to the present invention as described above or in a rotary kiln containing this rotary tube 1.
  • the present invention - according to a first aspect of the present invention - is thus a rotary tube, in particular for a rotary kiln for the production of activated carbon, with a plurality of arranged in the interior of the rotary tube mixing elements for the circulation or mixing of the load, in particular in the form of circulation - or turning plates (synonymously also referred to as Materialleitbleche), wherein the rotary tube has openings for receiving mounting portions of the mixing elements and these mounting portions are welded to the rotary tube on the outside.
  • a peculiarity of the present invention must therefore be seen in the external welding of the attachment portions of the mixing elements.
  • the mounting portions of the mixing elements are so to speak plugged through the openings in the Drehrohrwandung and welded on the outside.
  • this avoids the fact that the welding points or welds are exposed to the aggressive conditions prevailing in the interior of the rotary kiln in the operating state in the production of activated carbon - corrosive gases in the carbonization and high temperatures during activation.
  • the fact that the welds or welds are exposed in this way a significantly lower load, their life is significantly increased.
  • the external welding also makes maintenance significantly easier: the welding points between the mixing elements / rotary tube can be easily checked and maintained from the outside and repaired or repaired if necessary. Maintenance can therefore be carried out even in the operating state of the rotary tube.
  • welding materials (synonymously also called welding materials or weld metal) can be used, which ensure an optimal and tight connection mixing elements / rotary tube, but would otherwise not withstand the permanently prevailing in operation corrosive high temperature conditions inside the rotary tube readily readily.
  • Figs. 1, 2A and 2B show a rotary tube 1 according to the present invention which can be used in a rotary kiln for the production of activated carbon.
  • a plurality of mixing elements 3 for the circulation or mixing of the load 4 are arranged in the interior 2 of the rotary tube 1 .
  • These mixing elements may be, for example, circulating or turning sheets (material guide sheets).
  • the rotary tube 1 has openings 5, which serve to receive fastening sections 6 of the mixing elements 3.
  • the attachment portions 6 of the mixing elements 3 are welded to the outside of the rotary tube 1.
  • the mixing elements 3 located in the interior 2 of the rotary tube 1 are advantageously distributed over the interior 3 of the rotary tube 1, so that an optimal circulation or mixing of the load 4 is ensured in the operating state.
  • the mixing elements 3 are permanently connected via their attachment portions 6 with the rotary tube 1 by external welding.
  • the mounting portions 6 of the mixing elements 3 are so to speak pushed through the located in the wall of the rotary tube 1 openings 5 and protrude especially outside a little way out or forth, so that an external welding of the mounting portions 6 of the mixing elements 3 with the rotary tube 1 (ie so with the outer wall of the rotary tube 1) is made possible.
  • the attachment of the welding on the outside is associated with a number of advantages. Firstly, the welding on the outside prevents the welding point from prevailing in the interior 2 of the rotary tube 1 in the operating state aggressive conditions in activated carbon production - corrosive acid gases and high temperatures - is exposed. By attaching the outside welding, it is also possible to easily maintain this from the outside - even in the operating condition - to check or repair and repair if necessary. Finally, optimal welding materials can be used in this way, which ensure a good and secure permanent connection mixing elements 3 / rotary tube 1, but otherwise would not withstand the permanent in operation corrosive high temperature conditions inside the rotary tube 1 without further ado.
  • the outer side of the fastening sections 6 of the mixing elements 3 is connected to the rotary tube 1 via a welded section 7.
  • This welded section 7 advantageously has at least two welded layers or two welded seams 7a, 7b .
  • the two welding layers or welds 7a, 7b are advantageously arranged or applied one above the other. This results in double welding layers or welds 7a, 7b. This has the advantage that different materials can be used for the different welding layers 7a, 7b.
  • one of the two welding layers 7a, 7b is formed austenitic, in particular fully austenitic, and the other ferritic-austenitic.
  • the inner welding layer 7a is austenitic, in particular fully austenitic, and the outer welding layer 7b is formed in a ferritic-austenitic manner.
  • the welding takes place by build-up welding (eg by electrode welding).
  • the Welding such that the shit portion 7 is formed at least substantially gas-tight.
  • the fixing portions 6 of the mixing elements 3 are formed so as to protrude on the outside.
  • the fastening portions 6 protrude beyond the outer wall of the rotary tube 1 or out, which allows a good weldability and a good anchoring of the mounting portions 6.
  • the apertures 5 in the wall of the rotary tube 1, which serve to receive the fastening portions 6 of the mixing elements 3, are formed generally slit-like.
  • the fastening portions 6 of the mixing elements 3 can be inserted, advantageously so that the mounting portions 6 project, d. H. protrude a little from the outer shell of the rotary tube, so they can be better welded. This can be seen in FIGS. 2A and 2B.
  • the fixing portions 6 of the mixing elements 3 various configurations are possible to ensure a secure connection of the fixing portions 6 to the rotary tube 1: some of them are shown in Figs. 3A to 3C.
  • the attachment portions 6 of the mixing elements 3 extend over the entire investment or circumferential length of the mixing elements 3; In this case, the fastening portions 6 are completely inserted through the apertures 5 in the wall of the rotary kiln 1, and such an embodiment is shown in Fig. 3A.
  • the fixing portions 6 are shorter than the abutment or peripheral length of the mixing elements 3; such embodiments are shown in Figs. 3B and 3C. In the latter cases according to FIGS.
  • the mixing elements 3 may, for example, have a shoulder at the transition to the fastening cut 6, which serves in particular for bearing against the inner side or inner wall of the rotary tube 1. It is also possible that the mixing elements 3 each have a plurality of engaging in different openings 5 mounting portions 6, as shown for example in Fig. 3C.
  • the mixing elements 3 may be formed, for example, like a shovel or plate, in order to ensure a safe and intensive mixing and circulation of the load 4.
  • the mixing elements extend at least substantially in the radial direction of the rotary tube 1, which ensures a particularly intensive mixing of the load 4.
  • sheets, in particular angled sheets (angle plates) can be used, which mix the loading material 4 in the manner of a blade. This is known to the skilled person as such.
  • the rotary tube 1 and the mixing elements 3 advantageously consist of high-temperature and corrosion-resistant material, in particular steel.
  • high temperature and corrosion resistant steels from which the rotary tube 1 and / or the mixing elements 3 can be made are high alloy steels, i. H. Steels with more than 5% alloying elements.
  • high-alloy chromium and chromium / nickel steels preferably with a chromium and / or nickel content of more than 10%, in particular more than 15%, particularly preferably more than 20%, based on the alloy.
  • Ferritic or ferritic-austenitic steels having good corrosion and high-temperature behavior are preferably used as the material for the production of the rotary tube 1 and / or the mixing elements 3.
  • the rotary tube according to the invention advantageously inlet and outlet devices for introducing and discharging and passing gases, for example, for introducing inert gases for the carbonization phase in the activated carbon production and for introducing oxidizing gases for the activation phase in the activated carbon production. This is not shown in the figures.
  • this can have a so-called manhole in the wall of the rotary tube, which can be closed tightly with the rotary tube 1 and thus the boarding of Maintenance personnel in the interior 2 of the rotary tube 1 outside the operation allows. This is also not shown in the figures. In this way, maintenance of the interior 2 of the rotary tube 1 is ensured in a simple manner.
  • the rotary tube 1 according to the present invention is used particularly in rotary kilns for the production of activated carbon.
  • the subject of the present invention - according to a second aspect of the present invention - is thus a rotary kiln having the previously described rotary tube 1 according to the present invention.
  • Another object of the present invention - according to a third aspect of the invention - is the use of a rotary tube 1 as described above or of this rotary tube 1 contained rotary kiln for the production of activated carbon.
  • the production of the activated carbon is generally carried out by carbonization (synonymously also referred to as pyrolysis, carbonization or coking) and subsequent activation of carbonaceous starting materials, in particular organic polymers, such.
  • Sulfonated organic polymers eg, sulfonated divinylbenzene cross-linked polystyrenes which are carbonated in the rotary kiln of the present invention and subsequently activated.
  • the carbonization is generally carried out at temperatures of 100 ° C to 750 ° C, in particular 150 ° C to 650 ° C, preferably 200 ° C to 600 ° C, preferably under inert or at best slightly oxidizing atmosphere, as in the introductory part described. Carbonation may be preceded by a stage of precarbonization or pre-carbonization. In contrast, the activation is generally carried out at temperatures of 700 ° C to 1200 ° C, in particular 800 ° C to 1100 ° C, preferably 850 ° C to 1000 ° C.
  • the carbonization is - as described in the introductory part - generally carried out under controlled or selectively oxidizing conditions, especially under controlled oxidizing atmosphere.
  • Suitable starting polymers of the abovementioned type are, in particular, ion exchange resins (for example cation exchange resins or acidic ion exchange resins, preferably having sulfonic acid groups, for example cation exchange resins based on sulfonated styrene / divinylbenzene copolymers) or their precursors (ie the unsulfonated ion exchange resins, which before or during the carbonation with a suitable sulfonating agent such.
  • sulfuric acid and / or oleum must be sulfonated).
  • the rotary kiln of the present invention enables the production of activated carbon from suitable carbonaceous raw materials by carbonization and subsequent activation in a single apparatus with relatively easy handling.
  • the external welding of the mixing elements provides an easy-to-maintain, low repair-prone system which is capable of withstanding both the extremely corrosive conditions of the carbonation phase and the high temperature conditions of the activation phase.
  • Another object of the present invention - according to a fourth aspect of the invention - is a method for producing activated carbon in a rotary tube 1 according to the present invention as described above or in a rotary kiln containing this rotary tube 1.
  • a fourth aspect of the invention - is a method for producing activated carbon in a rotary tube 1 according to the present invention as described above or in a rotary kiln containing this rotary tube 1.

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Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Drehrohr (1), insbesondere für einen Drehrohrofen zur Herstellung von Aktivkohle, mit mehreren, im Innenraum (2) des Drehrohres (1) angeordneten Mischelementen (3), insbesondere Wendeblechen, für die Umwälzung bzw. Durchmischung des Beladungsgutes (4). Das Drehrohr (1) weist Durchbrechungen (5) zur Aufnahme von Befestigungsabschnitten (6) der Mischelemente (3) auf, wobei die Befestigungsabschnitte (6) mit dem Drehrohr (1) außenseitig verschweißt sind. Hierdurch wird insbesondere vermieden, daß die Verschweißungsstelle dem im Inneren (2) des Drehrohres (1) im Betriebszustand vorherrschenden aggressiven Bedingungen bei der Aktivkohleherstellung ausgesetzt ist, und zudem läßt sich die Verschweißungsstelle auf diese Weise ohne weiteres von außen überprüfen, warten und bei Bedarf ausbessern bzw. reparieren. Weiterhin können auf diese Weise Verschweißungsmaterialien zum Einsatz kommen, welche zwar eine optimale Verbindung gewährleisten, aber den im Betrieb vorherrschenden korrosiven Hochtemperaturbedingungen im Inneren (2) des Drehrohres (1) ansonsten nicht ohne weiteres dauerhaft standhalten würden.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Drehrohr, insbesondere für einen Drehrohrofen zur Herstellung von Aktivkohle, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie einen Drehrohrofen mit einem solchen Drehrohr. Des weiteren betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung dieses Drehrohres bzw. Drehrohrofens zur Herstellung von Aktivkohle.
  • Aktivkohle ist aufgrund ihrer recht unspezifischen adsorptiven Eigenschaften das am meisten angewandte Adsorbens. Gesetzliche Auflagen, aber auch das steigende Bewußtsein der Verantwortung für die Umwelt, führen zu einem steigenden Bedarf an Aktivkohle.
  • Dabei wird die Aktivkohle zunehmend sowohl im zivilen wie auch im militärischen Bereich angewendet. Im zivilen Bereich kommt die Aktivkohle beispielsweise für die Aufreinigung von Gasen, Filteranlagen für die Klimatisation, Autofiltern etc. zur Anwendung, während im militärischen Bereich die Aktivkohle Verwendung in Schutzmaterialien aller Art findet (z. B. Atemschutzmasken, Schutzabdeckungen und Schutzbekleidungsstücken aller Art, wie z. B. Schutzanzügen etc.)
  • Aktivkohle wird im allgemeinen durch Carbonisierung (synonym auch als Schwelung, Pyrolyse oder Verkokung bezeichnet) und nachfolgende Aktivierung geeigneter kohlenstoffhaltiger Ausgangsmaterialien erhalten. Dabei werden solche Ausgangsmaterialien bevorzugt, die zu ökonomisch vernünftigen Ausbeuten führen. Denn die Gewichtsverluste durch Abspalten flüchtiger Bestandteile bei der Carbonisierung und durch den Abbrand beim Aktivieren sind erheblich. Für weitere Einzelheiten zur Herstellung von Aktivkohle kann beispielsweise verwiesen werden auf H. v. Kienle und E. Bäder, Aktivkohle und ihre industrielle Anwendung, Enke Verlag Stuttgart, 1980.
  • Die Beschaffenheit der erzeugten Aktivkohle - fein- oder grobporig, fest oder brüchig etc. - hängt vom kohlenstoffhaltigen Ausgangsmaterial ab. Übliche Ausgangsmaterialien sind beispielsweise Kokosnußschalen, Holzabfälle, Torf, Steinkohle, Peche, aber auch besondere Kunststoffe, wie z. B. sulfonierte Polymere, die unter anderem bei der Herstellung von Aktivkohle in Form von Körnchen oder Kügelchen eine große Rolle spielen.
  • Aktivkohle wird in verschiedenen Formen verwendet: Pulverkohle, Splitterkohle, Kornkohle, Formkohle und seit Ende der 1970er Jahre auch korn- und kugelförmige Aktivkohle (sogenannte "Kornkohle" bzw. "Kugelkohle"). Kornförmige, insbesondere kugelförmige Aktivkohle hat gegenüber anderen Formen von Aktivkohle wie Pulver-, Splitterkohle und dergleichen eine Reihe von Vorteilen, die sie für bestimmte Applikationen wertvoll oder sogar unverzichtbar macht: Sie ist rieselfähig, enorm abriebfest und staubfrei und sehr hart. Kornkohle, insbesondere Kugelkohle, ist wegen ihrer speziellen Form, aber auch wegen der extrem hohen Abriebfestigkeit für besondere Einsatzgebiete, so z. B. Flächenfiltermaterialien für Schutzanzüge gegen chemische Gifte oder Filter für niedrige Schadstoffkonzentrationen in großen Luftmengen, sehr gefragt.
  • Bei der Herstellung von Aktivkohle, insbesondere Kornkohle und Kugelkohle, wird in den meisten Fällen von geeigneten Polymeren ausgegangen. Bevorzugt kommen sulfonierte Polymere, insbesondere sulfonierte divinylbenzolvernetze Styrolpolymere, zum Einsatz, wobei die Sulfonierung auch in situ in Gegenwart von Schwefelsäure bzw. Oleum erreicht werden kann. Als geeignetes Ausgangsmaterial dienen z. B. Ionenaustauscherharze bzw. deren Vorstufen, bei denen es sich zumeist um divinylbenzolvernetzte Polystyrolharze handelt, wobei im Falle der fertigen Ionenaustauscher die Sulfonsäuregruppen bereits im Material vorhanden sind und im Falle der Ionenaustauschervorstufen noch durch Sulfonierung eingeführt werden müssen. Die Sulfonsäuregruppen spielen eine entscheidende Funktion, da ihnen die Rolle eines Vernetzers zukommen, indem sie bei der Carbonisierung abgespalten werden. Nachteilig und problematisch sind aber insbesondere die großen Mengen an freigesetzten Schwefeldioxid sowie die damit unter anderem verbundenen Korrosionsprobleme in den Herstellapparaturen.
  • Üblicherweise erfolgt die Herstellung von Aktivkohle in Drehrohröfen. Diese weisen beispielsweise eine Eintragsstelle für die Rohstoffbestickung am Ofenanfang und eine Austragsstelle für das Endprodukt am Ofenende auf.
  • Bei den herkömmlichen Prozessen zur Herstellung von Aktivkohle nach dem Stand der Technik werden bei der diskontinuierlichen Herstellung sowohl die Carbonisierung als auch die nachfolgende Aktivierung in einem einzigen Drehrohr durchgeführt.
  • Bei der Carbonisierung, welcher eine Phase der Vorcarbonisierung bzw. Vorschwelung vorangehen kann, erfolgt die Umwandlung des kohlenstoffhaltigen Ausgangsmaterials zu Kohlenstoff, d. h. mit anderen Worten wird das Ausgangsmaterial verkohlt. Bei der Carbonisierung der zuvor genannten organischen Polymere auf Basis von Styrol und Divinylbenzol, die vernetzende funktionelle chemische Gruppen, welche bei ihrer thermischen Zersetzung zu freien Radikalen und somit zu Vernetzungen führen, insbesondere Sulfonsäuregruppen, enthalten, werden - unter Abspaltung flüchtiger Bestandteile, wie insbesondere SO2 ― die funktionellen chemischen Gruppen, insbesondere Sulfonsäuregruppen, zerstört, und es bilden sich freie Radikale, die eine starke Vernetzung bewirken - ohne die es keinen Pyrolyserückstand (=Kohlenstoff) gäbe. Geeignete Ausgangspolymere der vorgenannten Art sind insbesondere Ionenaustauscherharze (z. B. Kationenaustauscherharze bzw. saure Ionenaustauscherharze, vorzugsweise mit Sulfonsäuregruppen, so z. B. Kationenaustauscherharze auf Basis sulfonierter Styrol/Divinylbenzol-Copolymere) bzw. deren Vorstufen (d. h. die unsulfonierten Ionenaustauscherharze, welche vor oder bei der Carbonisierung noch mit einem geeigneten Sulfonierungsmittel, wie z. B. Schwefelsäure und/oder Oleum, sulfoniert werden müssen). Im allgemeinen wird die Pyrolyse unter inerter Atmosphäre (z. B. Stickstoff) oder allenfalls leicht oxidierender Atmosphäre durchgeführt. Gleichermaßen kann es vorteilhaft sein, während der Carbonisierung, insbesondere bei höheren Temperaturen (z. B. im Bereich von etwa 500 °C bis 650 °C), zu der Inertatmosphäre eine kleinere Menge an Sauerstoff, insbesondere in Form von Luft (z. B. 1 bis 5 %), zuzugeben, um eine Oxidation des carbonisierten Polymerskeletts zu bewirken und auf diese Weise die nachfolgende Aktivierung zu erleichtern.
  • Aufgrund der bei der Carbonisierung abgespaltenen sauren Reaktionsprodukte (z. B. SO2) ist diese Stufe des Herstellungsprozesses der Aktivkohle extrem korrosiv in bezug auf das Ofenmaterial und stellt höchst Ansprüche in bezug auf die Korrosionsbeständigkeit des Drehrohrofenmaterials.
  • Der Carbonisierung schließt sich dann die Aktivierung des carbonisierten Ausgangsmaterials an. Das Grundprinzip der Aktivierung besteht darin, einen Teil des bei der Schwelung generierten Kohlenstoffs selektiv und gezielt unter geeigneten Bedingungen abzubauen. Hierdurch entstehen zahlreiche Poren, Spalten und Risse, und die auf die Masseneinheit bezogene Oberfläche der Aktivkohle nimmt erheblich zu. Bei der Aktivierung wird also ein gezielter Abbrand der Kohle vorgenommen. Da bei der Aktivierung Kohlenstoff abgebaut wird, tritt bei diesem Vorgang ein zum Teil erheblicher Substanzverlust ein, welcher unter optimalen Bedingungen gleichbedeutend mit einer Erhöhung der Porosität ist und eine Zunahme der inneren Oberfläche (Porenvolumen) der Aktivkohle bedeutet. Die Aktivierung erfolgt daher unter selektiv bzw. kontrolliert oxidierenden Bedingungen. Übliche Aktivierungsgase sind im allgemeinen Sauerstoff, insbesondere in Form von Luft, Wasserdampf und/oder Kohlendioxid sowie Gemischen diese Aktivierungsgase. Den Aktivierungsgasen können gegebenenfalls Inertgase (z. B. Stickstoff) zusesetzt werden. Um eine technisch ausreichend hohe Reaktionsgeschwindigkeit zu erzielen, wird die Aktivierung im allgemeinen bei relativ hohen Temperaturen durchgeführt, insbesondere im Temperaturbereich von 700 °C bis 1.200 °C, vorzugsweise 800 °C bis 1.100 °C. Dies stellt hohe Anforderungen an die Temperaturbeständigkeit des Drohrohrofenmaterials.
  • Da das Drehrohrofenmaterial also einerseits den sehr korrosiven Bedingungen der Carbonisierungsphase als auch den Hochtemperaturbedingungen der Aktivierungsphase standhalten muß, kommen für die Herstellung des Drehrohrofens nur solche Materialien zum Einsatz, welche eine gute Hochtemperaturkorrosionsbeständigkeit aufweisen, d. h. insbesondere Stähle, welche eine gute Beständigkeit gegenüber chemisch aggressiven Materialien, insbesondere eine gute Korrosionsbeständigkeit, sowie eine gute Hochtemperaturbeständigkeit in einem einzigen Material vereinen. Dies sind insbesondere hochlegierte Stähle, d. h. Stähle mit mehr als 5 % Legierungselementen. Insbesondere werden als Materialien für die Herstellung von Drehrohröfen hochlegierte Chrom- oder Chrom/Nickel-Stähle verwendet.
  • Die hochtemperaturkorrosionsbeständigen Stähle haben aber den entscheidenden Nachteil, daß sie nur mäßig bis schlecht verschweißbar sind. Dies stellt deshalb ein Problem dar, weil zur innigen Durchmischung des Beladungsgutes, insbesondere für ein homogenes Inkontaktbringen des Beladungsgutes mit den Aktivierungsgasen, Mischelemente in Form schaufelartiger Umwälz- oder Wendeblechen - synonym auch als Materialleitbleche bezeichnet - im Innenraum des Drehrohrofens vorhanden sein müssen, die gleichermaßen aus hochtemperaturkorrosionsbeständigem Stahl bestehen und innenseitig mit den Innenwandungen des Drehrohres verschweißt werden, um einen stabilen Verbund zum Drehrohrinneren herzustellen. Beim Verschweißen dieser hochtemperatur- und korrosionsbeständigen Stähle mit hohen Chrom- oder Chrom/Nickel-Gehalten kann eine Versprödung des Materials eintreten (z. B. durch Ausscheidungsvorgänge und sogenannte Sigma-Phasenbildung). Zudem kann über Temperaturen oberhalb von 900 °C ein Kornwachstum auftreten, welches ebenfalls mit einer Versprödung des Werkstoffes verbunden ist. Daher ist die Verschweißung der Misch- bzw. Umwälzelemente mit den Innenwandungen des Drehrohres in herkömmlichen Herstellapparaturen nicht unproblematisch.
  • Zum anderen sind die Verschweißungen bzw. Schweißnähte im Inneren des Drehrohres während des Prozesses der Aktivkohleherstellung stets starken Beanspruchungen ausgesetzt, und zwar zum einen durch korrosive Prozesse während der Carbonisierung und zum anderen durch die sehr hohen Temperaturen bei der Aktivierung, so daß hohe Beanspruchungen in bezug auf die Schweißnähte auftreten. Dies erfordert eine ständige Wartung und Überprüfung, was nicht unproblematisch ist, da die Schweißnähte innenseitig angebracht sind und folglich eine Wartung nur außerhalb des Betriebs des Drehrohres möglich ist.
  • Um die zuvor geschilderten Probleme zu vermeiden, schlägt die WO 01/83368 A1 vor, die korrosive Prozeßstufe der Schwelung, welche mit den Ausstoß saurer Gase (z. B. SO2) verbunden ist, von der Hochtemperaturstufe der Nachschwelung und Aktivierung zu trennen, d. h. die korrosive Phase der Schwelung in anderen Apparaturen durchzuführen als die Hochtemperaturphase der Nachschwelung und Aktivierung. Dies hat zwar den Vorteil, daß man unterschiedliche Drehrohrmaterialien für die korrosive Phase der Schwelung einerseits und die Hochtemperaturphase der Nachschwelung und Aktivierung andererseits verwenden kann, die jeweils an die korrosive Phase und an die Hochtemperaturphase angepaßt sind. Dies ist aber mit dem Nachteil verbunden, daß Schwelung und Aktivierung getrennt voneinander durchgeführt werden müssen, d. h. nicht in einem einzigen diskontinuierlichen Prozeß in einer einzigen Apparatur durchgeführt werden können.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt somit darin, eine Apparatur zur Verfügung zu stellen, welche sich insbesondere für die Herstellung von Aktivkohle eignet.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt somit in der Bereitstellung eines Drehrohres bzw. eines Drehrohrofens, insbesondere für die Herstellung von Aktivkohle, welches bzw. welcher die zuvor geschilderten Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise vermeidet oder zumindest abschwächt.
  • Zur Lösung des zuvor geschilderten Problems schlägt die vorliegende Erfindung ein Drehrohr nach Anspruch 1 vor. Weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Drehrohrofen nach Anspruch 13, welcher das erfindungsgemäße Drehrohr umfaßt.
  • Außerdem ist ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung die Verwendung des erfindungsgemäßen Drehrohres bzw. Drehrohrofens zur Herstellung von Aktivkohle entsprechend Anspruch 14. Weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Verwendung sind Gegenstand der Verwendungsunteransprüche.
  • Schließlich ist ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Aktivkohle in dem erfindungsgemäßen Drehrohr bzw. Drehrohrofen gemäß Anspruch 18.
  • Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung - gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung - ist ein Verfahren zur Herstellung von Aktivkohle in einem wie zuvor beschriebenen Drehrohr 1 nach der vorliegenden Erfindung bzw. in einem dieses Drehrohr 1 enthaltenen Drehrohrofens.
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung - gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung - ist somit ein Drehrohr, insbesondere für einen Drehrohrofen zur Herstellung von Aktivkohle, mit mehreren, im Innenraum des Drehrohres angeordneten Mischelementen für die Umwälzung bzw. Durchmischung des Beladungsgutes, insbesondere in Form von Umwälz- oder Wendeblechen (synonym auch als Materialleitbleche bezeichnet), wobei das Drehrohr Durchbrechungen zur Aufnahme von Befestigungsabschnitten der Mischelemente aufweist und diese Befestigungsabschnitte mit dem Drehrohr außenseitig verschweißt sind. Eine Besonderheit der vorliegenden Erfindung muß daher in der außenseitigen Verschweißung der Befestigungsabschnitte der Mischelemente gesehen werden.
  • Die Befestigungsabschnitte der Mischelemente sind also sozusagen durch die Durchbrechungen in der Drehrohrwandung durchgesteckt und außenseitig verschweißt. Hierdurch wird insbesondere vermieden, daß die Verschweißungsstellen bzw. Schweißnähte den im Innern des Drehrohres im Betriebszustand vorherrschenden aggressiven Bedingungen bei der Aktivkohleherstellung - korrosive Gase bei der Carbonisierung und hohe Temperaturen bei der Aktivierung - ausgesetzt sind. Dadurch, daß die Verschweißungsstellen bzw. Schweißnähte auf diese Weise einer deutlich geringeren Belastung ausgesetzt sind, wird deren Standzeit deutlich erhöht. Durch die außenseitige Verschweißung wird zudem die Wartung entscheidend erleichtert: Die Verschweißungsstellen zwischen Mischelementen/Drehrohr lassen sich von außen ohne weiteres überprüfen und warten und bei Bedarf ausbessern bzw. reparieren. Eine Wartung kann daher selbst im Betriebszustand des Drehrohres erfolgen.
  • Auf diese Weise können außerdem Verschweißungsmaterialien (synonym auch Schweißmaterialien oder Schweißgut genannt) zum Einsatz kommen, welche eine optimale und dichte Verbindung Mischelemente/Drehrohr gewährleisten, aber den im Betrieb vorherrschenden korrosiven Hochtemperaturbedingungen im Inneren des Drehrohres ansonsten nicht ohne weiteres dauerhaft standhalten würden.
  • Weitere Vorteile, Eigenschaften, Aspekte, Besonderheiten und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten, bevorzugten Ausführungsbeispiels. Es zeigt:
    • Fig. 1
    Eine schematische Seitenansicht eines Drehrohrofens nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung im Schnitt;
    Fig. 2A
    einen radialen Querschnitt durch das Drehrohr;
    Fig. 2B
    einen vergrößerten Ausschnitt des in Fig. 2A gekennzeichneten Bereiches;
    Fig. 3A - C
    eine schematische Darstellung von Profilen der Mischelemente mit unterschiedlich ausgebildeten Befestigungsabschnitten.
  • Fig. 1, 2A und 2B zeigen ein Drehrohr 1 nach der vorliegenden Erfindung, welches in einem Drehrohrofen zur Herstellung von Aktivkohle verwendet werden kann. Im Innenraum 2 des Drehrohres 1 sind mehrere Mischelemente 3 für die Umwälzung bzw. Durchmischung des Beladungsgutes 4 angeordnet. Bei diesen Mischelementen kann es sich beispielsweise um Umwälz- oder Wendebleche (Materialleitbleche) handeln. Das Drehrohr 1 weist Durchbrechungen 5 auf, welche der Aufnahme von Befestigungsabschnitten 6 der Mischelemente 3 dienen. Die Befestigungsabschnitte 6 der Mischelemente 3 sind mit dem Drehrohr 1 außenseitig verschweißt.
  • Die im Innenraum 2 des Drehrohres 1 befindlichen Mischelemente 3 sind vorteilhafterweise über den Innenraum 3 des Drehrohres 1 verteilt angeordnet, so daß eine optimale Umwälzung bzw. Durchmischung des Beladungsgutes 4 im Betriebszustand gewährleistet ist. Die Mischelemente 3 sind über ihre Befestigungsabschnitte 6 mit dem Drehrohr 1 durch außenseitige Verschweißung dauerhaft verbunden. Die Befestigungsabschnitte 6 der Mischelemente 3 sind sozusagen durch die in der Wandung des Drehrohrs 1 befindlichen Durchbrechungen 5 durchgesteckt und ragen insbesondere außenseitig ein wenig heraus bzw. hervor, so daß eine außenseitige Verschweißung der Befestigungsabschnitte 6 der Mischelemente 3 mit dem Drehrohr 1 (d. h. also mit der Außenwandung des Drehrohrs 1) ermöglicht wird.
  • Wie zuvor geschildert, ist die außenseitige Anbringung der Verschweißung mit einer Reihe von Vorteilen verbunden: Zum einen wird durch die außenseitige Verschweißung vermieden, daß die Verschweißungsstelle bzw. Schweißnaht den im Inneren 2 des Drehrohres 1 im Betriebszustand vorherrschenden aggressiven Bedingungen bei der Aktivkohleherstellung - korrosive saure Gase und hohe Temperaturen - ausgesetzt ist. Durch die außenseitige Anbringung der Verschweißung ist es außerdem möglich, diese ohne weiteres von außen - auch im Betriebszustand - zu warten bzw. zu überprüfen und bei Bedarf auszubessern bzw. reparieren. Schließlich können auf diese Weise optimale Schweißmaterialien zum Einsatz kommen, welche eine gute und sichere dauerhafte Verbindung Mischelemente 3/Drehrohr 1 gewährleisten, aber ansonsten den im Betrieb vorherrschenden korrosiven Hochtemperaturbedingungen im Inneren 2 des Drehrohres 1 nicht ohne weiteres dauerhaft standhalten würden.
  • Wie aus Fig. 1 und insbesondere den Fig. 2A und 2B ersichtlich, erfolgt die außenseitige Verscheißung der Befestigungsabschnitte 6 der Mischelemente 3 mit dem Drehrohr 1 über einen Schweißabschnitt 7. Dieser Schweißabschnitt 7 weist vorteilhafterweise mindestens zwei Schweißschichten bzw. zwei Schweißnähte 7a, 7b auf. Die beiden Schweißschichten bzw. Schweißnähte 7a, 7b sind vorteilhafterweise übereinander angeordnet bzw. aufgebracht. Es entstehen somit doppelte Schweißschichten bzw. Schweißnähte 7a, 7b. Dies hat den Vorteil, daß für die verschiedenen Schweißschichten 7a, 7b unterschiedliche Materialien eingesetzt werden können. Beispielsweise können auf diese Weise Schweißmaterialien unterschiedlicher Temperatur- und Korrosionsbeständigkeit eingesetzt bzw. miteinander kombiniert werden, wobei die innere Schweißschicht 7a vorteilhafterweise korrosions- und hochtemperaturbeständig sein sollte, während eine Korrosionsbeständigkeit bei der äußeren Schweißschicht 7b nicht in dem selben Maße gefordert ist. Durch die Verwendung mehrerer Schweißschichten bzw. Schweißnähte 7a, 7b wird eine dichte, insbesondere gasdichte und zuverlässige Verschweißung der Verbindungsabschnitte 6 der Mischelemente 3 mit dem Drehrohr 1 erreicht. Gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine der beiden Schweißschichten 7a, 7b austenitisch, insbesondere vollaustenitisch, und die andere ferritisch-austenitisch ausgebildet. Besonders bevorzugt wird die innere Schweißschicht 7a austenitisch, insbesondere vollaustenitisch, und die äußere Schweißschicht 7b ferritisch-austenitisch ausgebildet. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Verschweißung durch Auftragsschweißen (z. B. durch Elektrodenschweißen). Im allgemeinen erfolgt die Verschweißung derart, daß der Scheißabschnitt 7 zumindest im wesentlichen gasdicht ausgebildet ist.
  • Im allgemeinen sind die Befestigungsabschnitte 6 der Mischelemente 3 derart ausgebildet, daß sie außenseitig vorragen. Mit anderen Worten ragen die Befestigungsabschnitte 6 über die äußere Wandung des Drehrohres 1 heraus bzw. hinaus, was eine gute Verschweißbarkeit und eine gute Verankerung der Befestigungsabschnitte 6 ermöglicht.
  • Die Durchbrechungen 5 in der Wandung des Drehrohres 1, welche zur Aufnahme der Befestigungsabschnitte 6 der Mischelemente 3 dienen, sind im allgemeinen schlitzartig ausgebildet. Durch diese insbesondere schlitzartigen Durchbrechungen 5 können dann die Befestigungsabschnitte 6 der Mischelemente 3 durchgesteckt sein, vorteilhafterweise so, daß die Befestigungsabschnitte 6 vorragen, d. h. ein wenig von der äußeren Ummantelung des Drehrohres abstehen, damit sie besser verschweißt werden können. Dies ist in den Fig. 2A und 2B ersichtlich.
  • Was die Befestigungsabschnitte 6 der Mischelemente 3 anbelangt, so sind verschiedene Ausgestaltungen möglich, um eine sichere Verbindung der Befestigungsabschnitte 6 mit dem Drehrohr 1 zu gewährleisten: Einige davon sind in den Fig. 3A bis 3C dargestellt. Beispielsweise besteht die Möglichkeit, daß sich die Befestigungsabschnitte 6 der Mischelemente 3 über die gesamte Anlage- oder Umfangslänge der Mischelemente 3 erstrecken; in diesem Fall sind die Befestigungsabschnitte 6 vollständig durch die Durchbrechungen 5 in der Wandung des Drehrohrofens 1 durchgesteckt, und eine solche Ausführungsform ist in Fig. 3A dargestellt. Alternativ besteht die Möglichkeit, daß die Befestigungsabschnitte 6 kürzer als die Anlage- oder Umfangslänge der Mischelemente 3 sind; solche Ausführungsformen sind in den Fig. 3B und 3C dargestellt. In den letztgenannten Fällen gemäß Fig. 3B und 3C können die Mischelemente 3 beispielsweise eine Schulter am Übergang zum Befestigungsschnitt 6 aufweisen, welche insbesondere zur Anlage an die Innenseite bzw. Innenwandung des Drehrohrs 1 dient. Auch besteht die Möglichkeit, daß die Mischelemente 3 jeweils mehrere, in unterschiedliche Durchbrechungen 5 eingreifende Befestigungsabschnitte 6 aufweisen, wie dies beispielsweise in Fig. 3C dargestellt ist.
  • Was die Mischelemente 3 anbelangt, so können diese beispielsweise schaufel- oder plattenartig ausgebildet sein, um eine sichere und intensive Durchmischung und Umwälzung des Beladungsgutes 4 zu gewährleisten. Gemäß einer Ausführungsform verlaufen die Mischelemente zumindest im wesentlichen in Radialrichtung des Drehrohres 1, was eine besonders intensive Durchmischung des Beladungsgutes 4 gewährleistet. Als Mischelemente 3 können beispielsweise Bleche, insbesondere gewinkelte Bleche (Winkelbleche), verwendet werden, welche in der Art einer Schaufel das Beladungsgut 4 durchmischen. Dies ist dem Fachmann als solches bekannt.
  • Was das Drehrohr 1 und die Mischelemente 3 anbelangt, so bestehen diese vorteilhafterweise aus hochtemperatur- und korrosionsbeständigem Material, insbesondere Stahl. Denn sowohl das Drehrohr 1 als auch die Mischelemente 3 müssen den extrem korrosiven Bedingungen der Carbonisierungsphase und den Hochtemperaturbedingungen der Aktivierungsphase bei der Herstellung von Aktivkohle standhalten. Beispiele für geeignete hochtemperatur- und korrosionsbeständige Stähle, aus denen das Drehrohr 1 und/oder die Mischelemente 3 hergestellt werden können, sind hochlegierte Stähle, d. h. Stähle mit mehr als 5 % Legierungselementen. Beispiele hierfür sind hochlegierte Chrom- und Chrom/Nickel-Stähle, vorzugsweise mit einem Chrom- und/oder Nickelanteil über 10 %, insbesondere über 15%, besonders bevorzugt über 20 %, bezogen auf die Legierung. Bevorzugt werden als Material für die Herstellung des Drehrohres 1 und/oder der Mischelemente 3 ferritische oder ferritisch-austenitische Stähle mit gutem Korrosions- und Hochtemperaturverhalten verwendet.
  • Des weiteren weist das erfindungsgemäße Drehrohr vorteilhafterweise Einlaß- und Auslaßeinrichtungen zum Einführen und Auslassen sowie Durchleiten von Gasen auf, beispielsweise zum Einleiten von Inertgasen für die Carbonisierungsphase bei der Aktivkohleherstellung und zum Einleiten von Oxidationsgasen für die Aktivierungsphase bei der Aktivkohleherstellung. Dies ist in den Figuren nicht dargestellt.
  • Zu einer verbesserten Wartung des Innenraums des Drehrohres 1 kann dieses in der Wandung des Drehrohres ein sogenanntes Mannloch aufweisen, welches dicht mit dem Drehrohr 1 verschließbar ist und so das Einsteigen von Wartungspersonal in den Innenraum 2 des Drehrohres 1 außerhalb des Betriebs ermöglicht. Dies ist in den Figuren ebenfalls nicht dargestellt. Auf diese Weise wird eine Wartung auch des Innenraums 2 des Drehrohrs 1 auf einfache Weise gewährleistet.
  • Wie zuvor beschrieben, wird das Drehrohr 1 nach der vorliegenden Erfindung insbesondere in Drehrohröfen zur Herstellung von Aktivkohle verwendet. Gegenstand der vorliegenden Erfindung - gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung - ist somit ein Drehrohrofen, welcher das zuvor beschriebene Drehrohr 1 nach der vorliegenden Erfindung aufweist.
  • Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung - gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung - ist die Verwendung eines wie zuvor beschriebenen Drehrohrs 1 bzw. eines dieses Drehrohr 1 enthaltenen Drehrohrofens zur Herstellung von Aktivkohle. Wie im Einleitungsteil der vorliegenden Erfindung beschrieben, erfolgt die Herstellung der Aktivkohle im allgemeinen durch Carbonisierung (synonym auch als Pyrolyse, Schwelung oder Verkokung bezeichnet) und nachfolgende Aktivierung kohlenstoffhaltiger Ausgangsmaterialien, insbesondere organischer Polymere, so z. B. sulfonierter organischer Polymere (z. B. sulfonierter divinylbenzolvernetzter Polystyrole), welche in dem Drehrohr bzw. Drehrohrofen nach der vorliegenden Erfindung carbonisiert und nachfolgend aktiviert werden. Dabei wird die Carbonisierung im allgemeinen bei Temperaturen von 100 °C bis 750 °C, insbesondere 150 °C bis 650 °C, vorzugsweise 200 °C bis 600 °C, durchgeführt, vorzugsweise unter inerter oder allenfalls leicht oxidierender Atmosphäre, wie im einleitenden Teil beschrieben. Dabei kann der Carbonisierung noch eine Stufe der Vorcarbonisierung bzw. Vorschwelung vorgeschaltet sein. Die Aktivierung wird dagegen im allgemeinen bei Temperaturen von 700 °C bis 1.200 °C, insbesondere 800 °C bis 1.100 °C, vorzugsweise 850 °C bis 1.000 °C, durchgeführt. Die Carbonisierung wird - wie im einleitenden Teil beschrieben - im allgemeinen unter kontrolliert bzw. selektiv oxidierenden Bedingungen, insbesondere unter kontrolliert oxidierender Atmosphäre, durchgeführt. Als geeignete Ausgangspolymere der vorgenannten Art sind insbesondere Ionenaustauscherharze (z. B. Kationenaustauscherharze bzw. saure Ionenaustauscherharze, vorzugsweise mit Sulfonsäuregruppen, so z. B. Kationenaustauscherharze auf Basis sulfonierter Styrol/Divinylbenzol-Copolymere) bzw. deren Vorstufen (d. h. die unsulfonierten Ionenaustauscherharze, welche vor oder bei der Carbonisierung noch mit einem geeigneten Sulfonierungsmittel, wie z. B. Schwefelsäure und/oder Oleum, sulfoniert werden müssen) zu nennen. Für weitere diesbezügliche Einzelheiten kann auf obige Ausführungen im einleitenden Teil verwiesen werden.
  • Das Drehrohr bzw. der Drehrohrofen nach der vorliegenden Erfindung ermöglicht die Herstellung von Aktivkohle ausgehend von geeigneten kohlenstoffhaltigen Ausgangsmaterialien durch Carbonisierung und nachfolgende Aktivierung in einer einzigen Apparatur unter relativ leichter Handhabung. Durch die außenseitige Verschweißung der Mischelemente wird ein leicht zu wartendes, wenig reparaturanfälliges System bereitgestellt, welches geeignet ist, sowohl den extrem korrosiven Bedingungen der Carbonisierungsphase als auch den Hochtemperaturbedingungen der Aktivierungsphase standzuhalten. Die außenseitige Verschweißung ermöglicht die Verwendung von Verschweißungsmaterialien (=Schweißmaterialien bzw. Schweißgut), die für die Verschweißung optimal geeignet sind, aber für eine innenseitige Verschweißung nicht ohne weiters Anwendung finden könnten, da sie den korrosiven Hochtemperaturbedingungen im Inneren des Drehrohrofens während des Betriebszustandes nicht ohne weiteres auf Dauer standhalten würden.
  • Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung - gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung - ist ein Verfahren zur Herstellung von Aktivkohle in einem wie zuvor beschriebenen Drehrohr 1 nach der vorliegenden Erfindung bzw. in einem dieses Drehrohr 1 enthaltenen Drehrohrofens. Für weitere Einzelheiten kann auf die vorangehenden Ausführungen verwiesen werden, welche in bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren entsprechend gelten.
  • Weitere Vorteile, Ausgestaltungen, Abwandlungen, Variationen und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung sind für den Fachmann beim Lesen der Beschreibung ohne weiteres ersichtlich und verständlich, ohne daß er hierbei den Rahmen der vorliegenden Erfindung verläßt.

Claims (18)

  1. Drehrohr (1), insbesondere für einen Drehrohrofen zur Herstellung von Aktivkohle, mit mehreren, im Innenraum (2) des Drehrohres (1) angeordneten Mischelementen (3), insbesondere Wendeblechen, für die Umwälzung und/oder Durchmischung des Beladungsgutes (4),
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Drehrohr (1) Durchbrechungen (5) zur Aufnahme von Befestigungsabschnitten (6) der Mischelemente (3) aufweist und daß die Befestigungsabschnitte (6) mit dem Drehrohr (1) außenseitig verschweißt sind.
  2. Drehrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die außenseitige Verschweißung der Befestigungsabschnitte (6) der Mischelemente (3) mit dem Drehrohr (1) über einen Schweißabschnitt (7) erfolgt, insbesondere wobei der Schweißabschnitt (7) mindestens zwei Schweißschichten (7a, 7b), insbesondere mindestens zwei Schweißnähte, aufweist, insbesondere wobei unterschiedliche Materialien für die verschiedenen Schweißschichten (7a, 7b) eingesetzt sind.
  3. Drehrohr nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschweißung gasdicht ist und/oder daß die Befestigungsabschnitte (6) der Mischelemente (3) außenseitig vorragen.
  4. Drehrohr nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrechungen (5) zur Aufnahme der Befestigungsabschnitte (6) der Mischelemente (3) schlitzartig ausgebildet sind und/oder daß die Befestigungsabschnitte (6) der Mischelemente (3) durch die Durchbrechungen (5) durchgesteckt sind.
  5. Drehrohr nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehrohr (1) und/oder die Mischelemente (3) aus hochtemperatur- und korrosionsbeständigem Stahl bestehen.
  6. Drehrohr nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich Befestigungsabschnitte (6) sich über die gesamte Anlage- oder Umfangslänge der Mischelemente (3) erstrecken.
  7. Drehrohr nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Befestigungsabschnitte (6) kürzer als die Anlage- oder Umfangslänge der Mischelemente (3) sind.
  8. Drehrohr nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischelemente (3) eine Schulter am Übergang zum Befestigungsabschnitt (6), insbesondere zur Anlage an der Innenseite des Drehrohrs (1), aufweisen. und/oder daß die Mischelemente (3) jeweils mehrere, in unterschiedliche Durchbrechungen (5) eingreifende Befestigungsabschnitte (6) aufweisen.
  9. Drehrohr nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischelemente (3) schaufel- oder plattenartig ausgebildet sind.
  10. Drehrohr nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischelemente (3) zumindest im wesentlichen in Radialrichtung des Drehrohrs (1) verlaufen.
  11. Drehrohr nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehrohr (1) und/oder die Mischelemente (3) aus hochtemperatur- und korrosionsbeständigem Stahl bestehen.
  12. Drehrohr nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es Einlaß- und Auslaßeinrichtungen zum Einführen und Auslassen sowie Durchleiten von Gasen aufweist.
  13. Drehrohrofen, insbesondere zur Herstellung von Aktivkohle, aufweisend ein Drehrohr nach den Ansprüchen 1 bis 12.
  14. Verwendung eines Drehrohrs nach den Ansprüchen 1 bis 12 oder eines Drehrohrofens nach Anspruch 13 zur Herstellung von Aktivkohle.
  15. Verwendung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Herstellung der Aktivkohle durch Carbonisierung und nachfolgende Aktivierung kohlenstoffhaltiger Ausgangsmaterialien, insbesondere organischer Polymere, erfolgt.
  16. Verwendung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß als kohlenstoffhaltiges Ausgangmaterial sulfonierte organische Polymere, insbesondere sulfonierte divinylbenzolvernetzte Polystyrole, insbesondere in Form kleiner Körnchen oder Kügelchen, in dem Drehrohr bzw. Drehrohrofen carbonisiert und nachfolgend aktiviert werden.
  17. Verwendung Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Carbonisierung bei Temperaturen von 100 bis 750 °C, insbesondere 150 bis 650 °C, vorzugsweise 200 bis 600 °C, durchgeführt wird und/oder daß die Carbonisierung unter inerter oder allenfalls leicht oxidierender Atmosphäre durchgeführt wird und/oder daß die Aktivierung bei Temperaturen von 700 bis 1.200 °C, insbesondere 800 bis 1.100 °C, vorzugsweise 850 bis 1.000 °C, durchgeführt wird und/oder daß die Aktivierung unter kontrolliert oxidierender Atmosphäre durchgeführt wird.
  18. Verfahren zur Herstellung von Aktivkohle, insbesondere durch Carbonisierung und nachfolgende Aktivierung kohlenstoffhaltiger Ausgangsmaterialien, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren zumindest teilweise, insbesondere mindestens einer der Verfahrensschritte der Carbonisierung und/oder der nachfolgenden Aktivierung, in einem Drehrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 12 und/oder in einem Drehrohrofen nach Anspruch 13 durchgeführt wird.
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