FI60402C - Foerfarande och anordning foer framstaellning av koks eller aktivt kol fraon fuktig organisk substans - Google Patents

Description

<j3Cnn Tri « KUULUTUSJULKAISU . n - Λ Λ ^ UTLAGGNINGSSKKIFT 60402 C (45)Patentti myönnetty 11 01 1902 *£jV2r , Patent raeddelat ^ (51) Kv.Ik?/Int.CI.3 C 10 B 53/02 SUOMI —FINLAND (21) P»t*nttlh*k*nH« — Patentansfiknlnj 7Ö36Ul (22) Htkemispllvl — Anteknlnpdtj 28.11.70 ^ * (M) Alkupllvft—Giltlghetsdag 28.11.78 (41) Tullut |ulkltelul — Bllvlt offantilg 29.0 5.80

Patentti- ja rekisterihallitus .... .... ....

... .__, , _. . (44) Nlhtlvlkslpenon ja kuul.|ulkalaun pvm. — oc'1 registers tyre laen ' Ansekmn utlagd och uti.skriften pubikerad 30.09.8l (32)(33)(31) Pyydetty etuoikeus —Begird prlorltet (71) Outokumpu Oy, Outokumpu, FI; Töölönkatu U, 00100 Helsinki 10,

Suomi-Finland(FI) (72) Frans Heikki Tuovinen, Ulvila, Risto Johannes Honkala, Vanha-Ui vila, Maija-Leena Metsärinta, Vanha-Ulvila, Suomi-Finland(Fl) (7*+) Berggren Oy Ah (5M Menetelmä ja laite aktiivihiilen tai koksin valmistamiseksi kosteasta orgaanisesta aineesta - Förfarande och anordning för framställning av koks eller aktivt koi frän fuktig organisk substans Tämä keksintö kohdistuu menetelmään aktiivihiilen tai koksin valmistamiseksi kosteasta orgaanisesta aineesta ja erityisesti tämä keksintö kohdistuu menetelmään, jossa kosteaa orgaanista ainetta ensin sekoitetaan kuumien savukaasujen kanssa kuivausvyöhykkeessä, minkä jälkeen kuivattu orgaaninen aine ja happipitoista kaasua johdetaan koksausvyöhykkeeseen orgaanisen aineen sisältävien haihtuvien ainesosien polttamiseksi pelkistävästi korotetussa lämpötilassa, sitten koksattu lopputuote poistetaan kaasusta tai koksausvyöhykkeestä tuleva tuote johdetaan aktivointivyöhykkeeseen, jossa sitä sekoitetaan kuumien kosteiden kaasujen kanssa, ja lopuksi kaasut erotetaan aktiivihiilestä. Keksinnön tarkoituksena on lisäksi aikaansaada edellä mainitun menetelmän soveltamiseksi tarkoitettu rumpu-uuni.

Puun mekaanisen jalostuksen yhteydessä syntyy paljon kosteita jätteitä, joita on pyritty hyödyntämään polttamalla niitä. Jätteen korkea kosteuspitoisuus alentaa kuitenkin siitä saatavan lämpöenergian määrää. Polttoturpeena käytetty jyrsinturve sisältää ilmakuivana myös runsaasti vettä. Furfuraalivalmistuksessa syntyy myös furfu-raalijätettä, joka on melko hienojakoista ja kosteaa (kosteuspitoisuus noin 40-50 paino-%). Tämä jäte sisältää ainoastaan vähän 60402 tuhkaa sekä runsaasti hiiltä ja haihtuvia aineita. Sekin voidaan hävittää polttamalla.

Yllämainittujen eloperäisten hienojakoisten runsaasti vettä, hiiltä ja haihtuvia palavia aineita sisältävien aineiden poltosta saatavaa hyötyä vähentää niiden suuri kosteuspitoisuus. Tällaisten aineiden poltto on lisäksi hankalaa tavanomaisilla polttolaitteilla.

Pyrittäessä hyväksikäyttämään edellä mainittuja eloperäisiä aineita, esimerkiksi aktiivihiilen valmistuksessa, on ne yleensä ensin ainakin osaksi kuivattu, minkä jälkeen ne on tavallisesti ensin hiilletty ja sen jälkeen aktivoitu vesihöyryllä. Tällaisten ennestään tunnettujen aktiivihiilen valmistusprosessien investointi- ja käyttökustannukset ovat kuitenkin huomattavan suuria, johtuen useista erillisistä käsittelyvaiheista sekä korkeasta energiantarpeesta, varsinkin kun aktivointiin käytetään tulistettua vesihöyryä. Käytettäessä pala-turvetta aktiivihiilen raaka-aineena ja suoritettaessa vesihöyry-aktivointi rumpu-uunissa, on tarvittu pitkä reaktioaika ja tuotteen mekaaninen lujuus on ollut heikko. Tällä tavoin valmistettu aktiivi-hiili ei sovellu tarkoituksiin, joissa hiileltä vaaditaan suurta mekaanista kestävyyttä.

Saksalaisesta hakemusjulkaisusta 2 606 368 tunnetaan laite, jossa koksaus ja aktivointi suoritetaan samassa pyörivässä uunissa, jossa koksaus- ja aktivointivyöhyke kuitenkin on erotettu toisistaan väli-seinämällä. Tässä laitteessa koksattua ainetta jäähdytetään vedellä ja syntynyt vesihöyry johdetaan aktivointivyöhykkeeseen. Tämä laite ei sellaisenaan sovellu kostealle jätteelle vaan ainoastaan kuivatulle jätteelle.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on näin ollen aikaansaada entistä yksinkertaisempi ja taloudellisempi menetelmä koksin tai aktiivi-hiilen valmistamiseksi kosteasta orgaanisesta aineesta, kuten kosteasta furfuraalijätteestä, jyrsinturpeesta tai palaturvemurskeesta.

Myös suhteellisen kuivaa jätettä voidaan käsitellä esillä olevan keksinnön mukaisella menetelmällä ja laitteella, mikäli jäte ensin kostutetaan.

60402

Keksinnön pääasialliset tunnusmerkit ilmenevät oheisesta patenttivaatimuksesta 1.

Esillä olevan keksinnön mukaisella menetelmällä ja laitteella voidaan kosteista hienojakoisista orgaanisista aineista valmistaa aktiivi-hiiltä tai koksia suoraan yhdessä vaiheessa. Keksinnön mukaan saatetaan kostea raaka-aine ja pelkistävästi poltettavat apupolttoaine sekä mahdollisesti uunin poistopäästä saatavat savukaasut kosketukseen toistensa kanssa johtamalla ne myötävirtaperiaatteella toimivaan rumpu-uuniin, jossa kosteasta raaka-aineesta ensin vapautuu vettä kui-vausvyöhykkeessä ja kun kuivattua raaka-ainetta edelleen kuumennetaan vapautuu siitä koksausvyöhykkeessä palavia kaasuja ja tervaa, joita poltetaan pelkistävästi rumpu-uunin vaipälta eri kohdista sisään johdetulla ilmalla, hapella tai näiden seoksella, jolloin kaasun lämpötila ja kokoomus säädetään sellaiseksi, että lopputuotteena saadaan joko aktiivihiiltä tai koksia.

Esillä olevan keksinnön mukaisella aktivointimenetelmällä ja -laitteella on aikaansaatu huomattavia etuja tavanomaisiin vesihöyryllä suoritettuihin aktivointiprosesseihin nähden. Menetelmän ja laitteen kannattavuutta edistävät mm. seuraavat edut: halpojen kosteiden hienojakoisten jätteiden ja raaka-aineiden hyväksikäyttö, yksivaiheinen yhdistetty kuivaus-, koksaus- ja aktivointiprosessi, erillinen vesihöyryn syöttö aktivointivyöhykkeeseen on voitu eliminoida, tuotteet saadaan valmiiksi luokiteltuina eri raekokoihin, osan ollessa raemaista ja osan jauhemaista ja prosessi on yksinkertainen ja helppo säätää, minkä lisäksi laite on yksinkertainen ja toiminta-varma.

Keksintöä selostetaan alla lähemmin viitaten oheisiin piirustuksiin, joissa kuva 1 esittää poikkileikkattua sivukuvantoa eräästä keksinnön mukaisen kuivaus-, koksaus- ja aktivointimenetelmän soveltamiseksi tarkoitetusta laitteistosta ja kuva 2 esittää poikkileikattua sivukuvantoa eräästä keksinnön mukaisen kuivaus- ja koksausmenetelmän soveltamiseksi tarkoitetusta rumpu-uunista.

Kosteaa noin 40-50 paino-% vettä sisältävää furfuraalijätettä syötetään kuvassa 1 syöttimellä 1 ja siitä edelleen putkea 2 pitkin rumpu-uunin 3 alkupäähän. Rumpu-uunin 3 alkupäässä on lisäksi polttimo 4, jossa poltetaan pelkistävästi jonkin polttoaineen , kuten 60402 luonnonkaasun ja ilman ja/tai hapen seoksella. Polttoaineena voidaan myös käyttää öljyä, kiertokaasua, tai käsiteltävää materiaalia. Rumpu-uunin 3 alkupäähän on sen sisäseinämälle kiinnitetty useita pituussuuntaisia nostimia 5 kehättäisesti välimatkan päähän toisistaan kostean furfuraalijätteen ja kuumien savukaasujen sekoittamiseksi keskenään furfuraalijätteen kuivaamiseksi kuivausvyöhykkeessä 6. Kuivausvyöhykkeen 6 jälkeen kuivattu furfuraalijäte ja kosteat savukaasut johdetaan koksausvyöhykkeeseen 7, jossa ori ilmasuuttimet 8 lisä-ilman syöttämiseksi koksausvyöhykkeeseen 7 kuivatun furfuraalijätteen koksaamiseksi ja koksauksessa syntyvien palavien kaasujen polttamiseksi.

Kuvan 1 esittämässä suoritusmuodossa on rumpu-uuniin 3 koksausvyöhyk-keen 7 jälkeen sovitettu rumpu-uunin 3 sisäseinämälle pituussuuntai-sesti useita nostimia 5' kehättäisesti välimatkan päähän toisistaan koksin ja koksausvyöhykkeestä 7 tulevien kosteiden kuumien kaasujen sekoittamiseksi keskenään koksin aktivoimiseksi aktivoimisvyöhykkees-sä 9. Rumpu-uunin 3 loppupäässä on lisäksi jäähdytysvyöhyke 10 sekä päätykammio 11, jonka kautta karkein tuote 12 poistetaan rummusta.

Kaasun ja siinä olevan tuotteen seos johdetaan kaasujen jäähdytys·^ laitteistoon putkessa 14. Kaasujen jäähdytyslaitteistosta 13, jossa hienompi osa 17 tuotteesta erotetaan, johdetaan loppuosa edelleen putkessa 15 pussisuotimeen 16, jossa hienoin tuote 17' erotetaan kaasuista, jotka kaasut johdetaan puhaltimella 18 varustetun poisto-putken 19 kautta savupiippuun 20.

Rumpu-uunin 3 poistokaasu sisältää runsaasti palavia ainesosia ja pääosa niistä voidaan polttaa ennen kaasujen jäähdytyslaitteistoa 13 eli jätelämpökattilaa, jolloin tämä energia saadaan talteen. Tällainen jälkipoltin on esitetty kuvassa 1 ja merkitty viitenumerolla 21. Palavat ainesosat voidaan myös polttaa vasta sen jälkeen kun pölymäinen aktiivihiili 17 on erotettu kaasusta.

Osa rumpu-uunin poistokaasusta voidaan myös kierrättää. Tällöin voidaan uunista tuleva poistokaasu johtaa sykloniin (ei kuvissa), jossa siitä erotetaan pölyt ja osa kaasuista kierrätetään takaisin uunin syöttöpäähän, jolloin kaasuun lisätään sen polttamiseksi happi-pitoista kaasua. Loppuosa kaasusta menee jäähdytykseen ja pölynero-tukseen. Uunin syöttöpäähän johdettava kiertokaasu voidaan tietysti ottaa poistokaasusta myös jäähdytyksen ja pölynerotuksen jälkeen.

5 60402

Kun halutaan pelkästään koksia voidaan kuvan 1 laitteistossa koksaus-vyöhykkeen 7 jälkeen sovitetut nostimet 5' jättää pois. Aktivointi on endoterminen reaktio ja se vaatii tapahtuakseen tehokkaan kaasun ja materiaalin sekoituksen. Koksaus taas ei vaadi niin tehokasta sekoitusta ja varsinkin jos on tarkoitus suorittaa koksaus korkeassa, 90C-1000°C:een lämpötilassa, on sekoitus jätettävä pois, jotta tuloksena olisi koksia eikä aktiivihiiltä. Kuivattua furfuraalijätettä koksattaessa on viiveaika uunissa lyhyempi, jolloin koksi ei ehdi aktivoitua. Tällöin myös rumpu-uunin 3 kapasiteetti voidaan säätää suuremmaksi.

Polttoaine voidaan polttaa joko ilman tai hapen tai näiden seoksen avulla. Haluttaessa saadaan väkevää kaasua, esimerkiksi kaasutusta tai korkealuokkaisen aktiivihiilen valmistusta varten, voidaan poltto suorittaa pelkästään hapen avulla.

Kuvan 2 esittämä rumpu-uuni 3 eroaa kuvan 1 esittämästä rumpu-uunista siinä, että koksausvyöhykkeen 7 jälkeen ei ole enää mitään nostimia 5' eli aktivointivyöhyke 9 on jätetty pois.

Prosessin säätö tapahtuu materiaalin viipymisaikaa, kaasun lämpötilaa ja koostumusta säätelemällä. Syötteen kosteutta säätelemällä voidaan myös vaikuttaa lopputulokseen. Tarvittaessa voidaan syötteen kosteutta pienentää kuivaamalla syötettä poistokaasulla tai mikäli syöte on liian kuivaa aktivointia ajatellen, voidaan sen kosteutta korottaa. Prosessin vaatiman apupolttoaineen määrää voidaan pienentää polttamalla osa syötteestä, polttamalla enemmän syötteen haihtuvia ainesosia, esikuumentamalla polttoilma epäsuorasti poistokaasuilla tai kierrättämällä osa poistokaasuista.

Keksintöä selostetaan alla lähemmin esimerkkien avulla.

Esimerkki 1 10,6 m pitkään ja 0,8 m sisäläpimittaiseen rumpu-uuniin syötettiin furfuraalijätettä, joka sisälsi haihtuvia aineita 78 % analyysin ollessa C 49 % ja tuhka 1,7 % kuiva-aineesta. Furfuraalijätteen kosteus oli 52,5 % ja kuiva-aineen raekoko 94 % alle 10 mm ja 8 % alle 0,42 mm. Rumpu-uuniin syötettiin kosteaa furfuraalijätettä 151 kg/h ja apu-polttoaineena syöttöpäähän polttimesta butaania 14,8 kg/h ilmamäärän 3 60402 ollessa 174 m /NTP/h. Rummun vaipalta johdettiin kolmesta kohdasta koksausvyöhykkeeseen ilmaa yhteensä 98 m3 NTP/h. Rummun lämpötila aktivointivyöhykkeessä oli 930°C ja kuivassa kaasussa oli CO 3 % ja H~ 3 %. Rummun kierrosnopeus oli 2 rpm. Rummusta poistuva kaasu Δ 3 poltettiin poistopään päätykammiossa johtamalla siihen ilmaa 284 m NTP/h ja apupolttoaineeksi butaania 5,1 kg/h polttimosta.

Tuotteena saatiin rummulta 3,0 kg/h aktiivihiiltä, jonka BET-pinta- 2 ala oli 659 m /g ja tuhka 17,2 %; jätelämpökattilasta 0,73 kg/h, 2 jonka BET-pinta-ala oli 664 m /g ja tuhka 20,4 % ja pussisuotimesta 2 0,31 kg/h, jonka BET-pinta-ala oli 246 m /g ja tuhka 45,6 %.

Esimerkki 2

Esimerkin 1 mukaiseen rumpu-uuniin syötettiin furfuraalijätettä, joka sisälsi haihtuvia 78 % ja tuhkaa 1,7 % kuiva-aineesta. Furfuraa-lijätteen kosteus oli 41,1 % ja raekoko 96 % alle 10 mm ja 11 % alle 0,42 mm.

Rumpu-uuniin syötettiin kosteaa furfuraalijätettä 180 kg/h ja apu-polttoaineena syöttöpäähän polttimesta butaania 20,6 kg/h ilmamäärän ollessa 253 m3 NTP/h. Rummun vaipalta johdettiin kolmelta kohdalta koksausvyöhykkeeseen ilmaa yhteensä 54 m NTP/h. Rummun lämpötila oli aktivointivyöhykkeessä 900°C ja kuivassa kaasussa oli CO 4 % ja H~ 4 %. Rummusta poistuva kaasu poltettiin esimerkin 1 mukaisesti johtamalla siihen ilmaa 362 m NTP/h ja apupolttoaineeksi butaania 5,0 kg/h polttimosta.

Tuotteena saatiin rummulta 1,9 kg/h aktiivihiiltä, jonka BET-pinta-2 ala oli 652 m /g ja tuhka 6,0 % pestynä, jätelämpökattilasta 3,2 kg/h, 2 jonka BET-pinta-ala oli 601 m /g ja tuhka 15,5 %, pussisuotimesta 0,3 kg/h, jonka BET-pinta-ala oli 519 m2/g ja tuhka 15,7 %.

Esimerkki 3

Edellisten esimerkkien mukaiseen rumpu-uuniin syötettiin furfuraali-jätettä, joka sisälsi haihtuvia 78 % analyysin ollessa C 46 % ja tuhka 1,2 % kuiva-aineesta. Furfuraalijätteen kosteus oli 43,8 % ja kuiva-aineen raekoko 94 % alle 10 mm ja 8 % alle 0,42 mm. Rumpu-uuniin syötettiin kosteaa furfuraalijätettä 150 kg/h ja apupolttoaineena syöttöpäähän polttimesta butaania 15,1 kg/h ilmamäärän ollessa 178 m

Claims (3)

7 60402 NTP/h. Rummun vaipalta johdettiin kolmelta kohdalta koksausvyöhyk- 3 keeseen ilmaa yhteensä 87 m NTP/h. Rummun lämpötila oli aktivointi-vyöhykkeessä 940°C ja kuivassa kaasussa oli CO 3 % ja 3 %. Rummusta poistuva kaasu poltettiin edellisten esimerkkien mukai- 3 sesti johtamalla siihen ilmaa 245 m NTP/h ja apupolttoaineeksi butaania 5,1 kg/h polttimosta. Tuotteena saatiin rummulta aktiivihiiltä, jonka BET-pinta-ala oli 2 801 m /g ja tuhka 15,5 %, jätelämpökattilasta tuotetta, jonka BET- 2 pinta-ala oli 664 m /g ja tuhka 16,9 % ja pussisuotimesta tuotetta, 2 jonka BET-pinta-ala oli 257 m /g ja tuhka 50,7 %.

1. Förfarande för framställning av aktivt koi eller koks frän fuktig organisk substans, varvid den fuktiga organiska substansen först blandas med heta rökgaser i en torkningszon, varefter den torkade organiska substansen och syrehaltig gas leds tili en koks-ningszon för att reducerande bränna de flyktiga beständsdelarna i den organiska substansen vid förhöjd temperatur, därefter avskiljs det koksade ämnet frän gasen eller sä leds ämnet frän koksningszonen tili en aktiveringszon, där det blandas med heta fuktiga gaser, vilka gaser slutligen separeras frän det aktiva kolet, k ä n n e -tecknat av att torkningen, koksningen och aktiveringen eller torkningen och koksningen sker enligt medströmsprincipen i ett och samma gasrum och att aktiveringen sker utan särskild tillsats av vattenänga.

1. Menetelmä aktiivihiilen tai koksin valmistamiseksi kosteasta orgaanisesta aineesta, jolloin kosteaa orgaanista ainetta ensin sekoitetaan kuumien savukaasujen kanssa kuivausvyöhykkeessä, minkä jälkeen kuivattu orgaaninen aine ja happipitoista kaasua johdetaan koksausvyöhykkeeseen orgaanisen aineen sisältämien haihtuvien ainesosien polttamiseksi pelkistävästä korotetussa lämpötilassa, sitten koksattu aine erotetaan kaasusta tai koksausvyöhykkeestä tuleva aine johdetaan aktivointivyöhykkeeseen, jossa sitä sekoitetaan kuumien kosteiden kaasujen kanssa, ja lopuksi kaasut erotetaan aktiivi-hiilestä, tunnettu siitä,että kuivaus, koksaus ja aktivointi tai kuivaus ja koksaus suoritetaan myötävirtaperiaatteella yhdessä ja samassa kaasutilassa ja aktivointi ilman erillistä vesihöyryli-säystä.

2. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av att organisk substans, vars fukthalt är 30-70 vikt-%, torkas.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kuivataan orgaanista ainetta, jonka kosteuspitoisuus on 30-70 paino-%.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että orgaaninen aine on furfuraalin valmistuksessa syntynyttä jätettä.

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että osa saaduista kuumista kaasuista johdetaan kuivausvyöhykkeeseen. 60402

5. Patenttivaatimuksen 1 mukaisen menetelmän soveltamiseksi tarkoitettu rumpu-uuni (3), tunnettu elimistä (1, 2) kostean orgaanisen aineen ja kuumien savukaasujen johtamiseksi uunin (3) alkuosassa olevaan kuivausvyöhykkeeseen (6), jossa on sekoi-tuselimiä (5), elimiä (11, 12, 14) koksin tai aktiivihiilen ja pelkistävästä poltosta peräisin olevien kaasujen poistamiseksi uunin loppupäästä, elimiä (8) happipitoisen kaasun johtamiseksi kuivausvyöhykettä (6) seuraavaan koksausvyöhykkeeseen (7), minkä jälkeen uuniin on mahdollisesti sovitettu sekoituselimiä (5') kok-sausvyöhykkeestä (7) peräisin olevan kuuman kostean kaasun ja koksin sekoittamiseksi keskenään koksin aktivoimiseksi aktiivihiileksi .

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen rumpu-uuni, tunnettu siitä, että kuivaus- (6) ja aktivointivyöhykkeeseen (9) sovitetut sekoituselimet (5, 5') ovat uunin (3) sisäseinämään olennaisesti pituussuuntaisesti kiinnitettyjä nostimia.

3. Förfarande enligt patentkrav 2, kännetecknat av att den organiska substansen är avfall som uppstätt vid fram-ställning av furfural. '