LU82740A1 - Verfahren zur herstellung von stark aktivierten kohlenstoffhaltigen produkten - Google Patents

Description

|; ! ' Aktivkohle ist ein wertvolles Eandelsprodukt, das in der In dustrie und von dem Konsumenten viel angewendet wird. Im allgemeinen

Igilt, dass je starker der Kohlenstoff aktiviert ist, um so grosser dessen Wert als Handelsprodukt ist, weil das Adsorpt ions vermögen di- ! 5 rekt'proportional zu dem Aktivierungsniveau desselben ist. Produkte ! mit spezifischen Oberflächen kleiner als ^00 m /g haben eine be- ! schränkte Brauchbarkeit als Aktivkohle; die Vorzugsmaterialien haben 2 dahingegen höhere Werte, z.B. im Gebiet von 600 - 900 m /g. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von festen kohlenstoff-| 10 haltigen Produkten mit spezifischen Oberflächen von wenigstens ^00 m /g.

I In den effektivsten und allgemein angewendeten kommerziellen

Techniken zur Herstellung von aktiviertem Kohlenstoff werden Zweistufenverfahren angewendet, wobei die kohlenstoffhaltige Zufuhr zunächst zur Bildung von Holzkohle oder Koks karbonisiert wird, und ! 15 wonach das Zwischenprodukt aktiviert wird in einer anschliessenden

Stufe, die z.B. in einem indirektgeheizten rotierenden Ofen oder einem Ofen mit mehreren Feuerherden ausgeführt wird. Eine solche Methode hat jedoch eine Anzahl Wachteile. Weil die zweite (Aktivierungs)stufe der Behandlung normalerweise an einer anderen Stelle als die erste Stufe 20 durchgeführt wird, hat man nicht nur mit Transportkosten zu tun, son- * dern es wird auch, nass nachteiliger ist, eine erhebliche Menge ther- ’ miseher Energie verschwenden, infolge der normalen Handhabung und Be wegung der heissen Kohle. Dies ist besonders unerwünscht, weil die ! Aktivierungsreaktion endotherm ist,und grosse Mengen Wärme erforder- I 25 lieh sind, die daher aus einer zusätzlichen Quelle erhalten werden müssen. Es ist auch klar,dass eine Zweistufenmethode demzufolge eine übermässige Handhabung ziemlich schwieriger und aggressiver Materialien : ^ umfasst, wodurch neben dem Nachteil der Handhabung ein zusätzlicher

Kostenaufwand auftritt.

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In dem. Stand der Technik -werden Vorschläge genacht, in einer | einzigen Stufe feste kohlenstoffhaltige Produkte herzustellen, welche 3 Produkte in bestimmten Fällen mehr oder weniger aktiviert sind.

4 Beispiele davon sind die U.S. Patentschriften 1.524.781*, 3.525.67** und ! , 5 i*.1^5-256. Wie aus der jetzt folgenden Beschreitung hervorgeht, wird in keiner dieser Patentschriften eiis Methode abgegeben, mit der die Vorteile erhalten werden können, die bei der Durchführung des vorliegenden Verfahrens verwirklicht werden können. So wird im allgemeinen angeführt, dass kein Verfahren bekannt ist, mit dem Herstellung von 10' stark aktivierten kohlenstoffhaltigen Produkten in hohen Ausbeuten in einer kontinuierlichen Behandlung in einem einzigen Arbeitsgang bei minimalem Energiebedarf möglich ist, welches Verfahren gleichfalls in einer Weise erfolgt, die wirtschaftlich, nicht kampli-ziert, zweckmässig und leicht regelbar ist unter Abwandlung der Art und der I 15 Qualität der erhaltenen Produkte;..

Es ist daher ein Hauptzweck der Erfindung, ein neues Verfahren zu verschaffen, mit dem stark aktivierte kohlenstoffhaltige Produkte zweckmässig und wirtschaftlich mit einem minimalen Energieverbrauch hergestellt werden können. Auch bezweckt die Erfindung 20 ein Verfahren, das in einereinzigen Stufe durchgeführt werden kann,

Iund zwar in einer solchen Weise, dass dieses leicht regelbar ist, wodurch eine reproduzierbare und leichte Einstellung der Art und 1 der Qualität der erhaltenen Produkte erreichbar ist.

1 Ein weiterer Zweck der Erfindung ist ein neues Verfahren | 25 mit den obengenannten Vorteilen mit dem man ein trockenes festes I; Produkt hersteilen kann bei einer verhältnismässig niedrigen Tempe- ,ΐί ' w 11 S ratur, so dass ein leichtes Handhaben des Produktes möglich ist und | im Zusammenhang damit die Anzahl anschliessender Behandlungen mini- £ mal gemacht wird.

30 Ein anderer Zweck der Erfindung ist ein Verfahren des Typs, * den man in einem Eeaktionssystem durchführen kann, das Verhältnis-

Tj I massig einfach und billig konstruiert und in Betrieb gesetzt werden ? kann.

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Sl Schliesslich bezweckt die Erfindung ein neues Verfahren obiger I> I 35 Art, bei dem die Menge des in das F.esktionsgefäss eingefuhrten Dampfes J * 7> ! *< * .

t - 3 - ττη ηϊτηπ.Ί gemacht wird und wobei keine äussere Zufuhr von Brennstoff vorgesehen zu werden braucht.

ji Es wurde nun gefunden, dass die obengenannten und mit-einander zu- sammen-hangenden Zwecke der Erfindung leicht erreicht werden können in ' 5 einem?in einem einzigen Arbeitsgang verlaufenden, sichselbst-unterhal- i tenden, kontinuierlichen Verfahren, das als Anfangsstufe das in den Kopf : eines vertikalen Reaktors Einfuhren eines nahezu trockenen Zufuhrma- i .....

| terials umfasst, das durch thermische Zersetzung m eine gasförmige Î" Kcmnonente und ein festes aktiviertes kohlenstoffhaltiges Produkt um- 10' gesetzt werden kann. Das so eingefiihrte Material wird nahezu kontinu- I ierlich, als ein Festbett und mit einer vorherbestimmten Geschwindig- jj jj keit in Abwärtsrichtung durch den Reaktor und nach aussen aus dem

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I Boden des Reaktors bewegt, wobei Gase aufwärts und nach aussen abge- fuhrt werden. Luft wird in das Bett injiziert auf einer Vielfäl- j 15 tigkeit von Niveaus, die sich vertikal in Abstand voneinander von dem i ....

Kopf bis zum Boden des Reaktors erstrecken, wodurch eine primäre

Aktivierungszone erheblicher Tiefe verwirklicht wird. Die Luft wird | auf den verschiedenen Niveaus mit bedeutend verschiedenen Geschwin- ! digkeiten injiziert, die unabhängig geregelt werden, um die Luft zu Ί | 20 Verteilen und dadurch die primäre Zone nahezu isotherm zu machen, wc- ] bei das darin vorhandene Material eine nahezu uniforme Tsnperatur von | 760 - 1150°C hat. An einer Stelle in Abstand unter der primären Zone j wird Wasserdampf niedriger Temperatur, nahezu in Abwesenheit von i Sauerstoff, injiziert zum Erhalten einer zweiten Aktivierungszone j 25 erheblicher Tiefe unterhalb der primären Zone. Der Dampf wird inji ziert mit einer Geschwindigkeit, die gerade ausreicht , um eine genügen- i ' de Menge thermischer Energie aus der sekundärer. Aktivierurgszone dem { Kopf des genannten Bettes zuzuführen zur Trocknung und thermischen

Zersetzung des Zufuhrmaterials, zur Lieferung einer Temperatur von etwa 30 12G — 2rin den Abgasen und zum Kühlen des aus der sekundären Ak tiv! erungszone austretenden Materials zu einer Temperatur von etwa , 90 - 815°C.

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’ ' Das austretende Material wird eir. nahezu trockenes, aktiviertes kohlenstoffhaltiges Produkt umfassen mit einer spezifischen Oberfläche > . 2 / 35 ] von mindestens 400 m /g.

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ii , η - U - î'î In Vorzugsausführungsformen der Erfindung hat das kohlenstoff- i 2 | haltige Produkt eine spezifische Oberfläche von etwa 600 - 900 an /g, ; ist die uniforme Temperatur des in der Aktivierungszone vorhandenen : 5 Materials etwa 870 - 9ß0°C, während das Zufuhrmaterial, das mit einer Î5 Geschwindigkeit von k-5 - 9000 kg/Stunde eingeführt wird, weniger als etwa 10 Gew./a Feuchtigkeit, basiert auf dem feuchtigen Gewicht des Zufuhrmaterialsjenthalten wird. Dabei wird in solchen Ausführungsformen die primäre Akt ivierungs zone eine Querschnitts Oberfläche von 2 etwa 0,09 - 9 und vorzugsweise etwa 1,1 - 3,6 i und eine Tiefe von 10 etwa 0,3 - 1,5 m umfassen.

In den meisten Fällen wird die Luft in die primäre Aktivierungszone injiziert auf mindestens drei vertikal in Abstand liegenden Niveaus. Es ist erwünscht, dass die kombinierte Injiziermenge weniger als die Menge Sauerstoff liefert, die stöchiometrisch, not-15 wendig ist zum Oxydieren aller gasförmigen Beaktionsprodukte, die in der primären Zone gebildet werden, zum in dieser Weise Minimali-sieren der exothermen Oxydation des darin vorhandenen festen Kohlenstoffes. Mehr insbesondere wird die kombinierte Menge injizierter Luft im .allgemeinen kleiner sein als 1 kg Luft/kg Zufuhrmaterial, 20 auf einer feuchtigkeitsfreien Sasis. Wenn das kohlenstoffhaltige I Produkt eine spezifische Oberfläche von etwa éOQ - Ç0G m /g haben 1 soll, wird die kombinierte Luftinjiziergeschwindigkeit etwa o,25 - ! 0,75 kg Luft/kg Zufuhr sein, und wird diese zu der spezifischen | I Oberfläche des Produktes proportional sein. Im Allgemeinen wird die • 25 Luft durch cie nrimäre Zone mit nach oben hin abnehmenden Geschwin— ( digkeiten verteilt werden. Diese Geschwindigkeiten werden meistens Î ; variieren von etwa 1,70 - 2,lG kg Luft/kg Zufuhr/m Zonendicke, | ί| bei dem Boden der primären Zone, bis etwa C,22 - 0,50 kg Luft/ kg Zufuhr/m Zonendicke,bei dem Kopf der primärer. Zone 1,51 -30 0,72 bzw. 0,07 - 0,15 aus ge drückt in 1b Luft ·Ίζ Zufuhr/fcct Zcnen- dicke).

- Der Dampf, der in dem Verfahren angewendet wird, hat eine I Temperatur von weniger als etwa 3 15^0; im Allgemeinen wird die Tem- I · . peratur davon etwa 120 - 150^C sein. Das Dampfinjizierverhältnis 35 i wird normalerweise etwa 0,025 - 0,2 kg/kg Zufuhrmaterial, auf feuch- J> * • > - - 5 - tigkeitsfreier Basis, betragen; vorzugsweise liegt dieser Wert im Bereich, von etwa 0,05 - 0,15 kg/kg. Die mittlere Yerweilzeit des Materials in der primären Aktivierungszone wird etwa 3 - 180 Mimten betragen; vorzugsweise ist diese etwa 5-90 Ziinuten und insbesondere - 5 15 - 60 Mimten.

! Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines charakteristischen

Systems, in dem das einstufige Aktivierungsverfahren gszäss der Erfindung durchgeführt werde kann, während

Fig. 2 ein Vertikalschnitt in Ansicht eines Reaktors mit zu-10 gehörigen Teilen ist, der zur Anwendung in dem System nach Fig. 1 zur

Durchführung des erf i ndungs gsmäs s en Verfahrens geeignet ist.

In Fig. 1 wird im Herzen des Systems eine Aktivierungseinheit wiedergegeben, und mit 10 bezeichnet . Die Zufuhr wird in den Kopf der Aktivierungseinheit eingeführt über die Leitung 12, die mit einem.

15 Puffergefäss 1k in Verbindung steht, das wieder Zufuhr aus dem

Trockner l6 über die Verbindungsleitung 18 erhält; der Trockner 16 wird über die Leitung 22 mit feuchtiger Zufuhr aus einem Dosiergefass 20 beschickt, welches Gefäss über die Leitung 17 (aus einer nicht-wieder-gegebenen Quelle) nachgefüllt wird. Der Trockner 16 hat einen mit ihm 20 verbundenen Ventilator 2U, der zue. Abführen der heissen Gase durch einen Feinstoff-Sammler 26 über Leitungen 25, 27 dient. Dieser hat gleichfalls einen damit verbundenen Brenner 26; Verbrennungsluft wird dem Brenner 28 über einen Einlass 30 geliefert, während brennbares Gas über die Leitung 32 zugeführt wird. Wie ersichtlich ist die Quelle 25 des brennbaren Gases die Aktivierungseinheit 10; dieses Gas wird über . die Leitung 33 und durch eine Waseher-Ecndenscreihheit 3e durch einen Zugventilatcr 36 mit variabeier Geschwindigkeit weggesaugt, wobei ein Teil des Gases normalerweise über die Leitung 38 (die mit der Leitung 32 verbunden ist) als ein brennbares Gasprcdukt aus dem System abgeführt 3C wird. Ein anderer Teil des in der Einhein IC gebildeter. brennbaren Gases wird über die Leitung L0 einem Kessel A2 rüge führt, in dem Wasser und Verbrennungsluft (eingeführt über Leitungen k* und Àc) rum Erzeugen von Dampf angewendet werden, welcher Dampf der Aktivierungseinheit 10 über die Leitung 50 abgegeben wird; Abfuhrgas wird aus dem Kessel '-2 « a 35 Î über die Leitung L8 entfernt. Ein geeigneter Ventilator 52 führt

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J> n ! ίίί !*. .- - 6 - j Verbrennungsluft über die Leitung 5^ dem Reaktor 10 zu.

ii | Der Auswas eher /Kondensor 3^·, in Einzelheiten "betrachtet, kann ] unter Benutzung von einem Nebel von pyrolytischen Oien, gebildet i . in der Aktivierungseinheit 10 (vie im Nachstehenden näher beschrieben 5 wird) im Betrieb sein. Ungeachtet seiner Art wird das Auswaschmedinm aus einem Lagertank 56 der Einheit 3h zugeführt. Die nicht-gasförmigen Produkte gelangen von dem Boden des Auswaschens 5¼ in eine Filtrations-Einheit 58, aus der der Filterkuchen zurückgewonnen und (zusammen mit der getrockneten Zufuhr) in den Kopf der Aktivierungs-10 einheit 10 gegeben wird über die Leitung 12 (die Leitung βθ aus der

Filtrations-Einheit 58 steht damit in Verbindung). Das durch Filtration entfernte öl wird über die Leitung 68 zu dem Lagertank 56 zurückgeführt, von dem ein Teil erwünschtenfalls über die Leitung 70 'zu anderen Zwecken (z.B. als ein Brennstoffprodukt) abgeführt 15 werden kann. Das feste aktivierte Kohlenstoffprodukt wird über die

Leitung 62 aus dem Boden der Aktivierungseinheit 10 abgeführt und wird in ein Lagergefäss 6U gegeben, von dem es über die Leitung 72 I abgeführt werden kann.

1 Aus Fig. 2 ist ersichtlich, dass der Reaktor 10 aus einem | 20 mit feuerfestem Material gefutterten, vertikalen Schacht 7^ "und einer Koufwand 75 besteht, mit einer Ausganesdosiereinrichtung 76 ii Ü an dem Unterende des Schachtes 7¼ und einem im allgemeinen mit 78 | hezeichneten Einführmechanismus an dem Oberende davon. Der Ein- *j führmechanIsmus 78 besteht aus einem Einführdurchgang 80, der zu I 25, einem rotierbaren Ventil 82 führt, so-wie einem Vertindurgstransportai Schneckenabschnitt 8h. Eine Egalisiervorrichtung erstreckt sich durch jj die Kopfwand 75 und besteht aus einem Rührkopf 85, der rotierbar I an der Achse-. 90 montiert ist und der in einer passenden Antriebsver- bindung 92 gestützt wird, wobei weiter DruckentlasungsVorrichtungen ; 30 96 vorgesehen sind. Ein isolierter Durchgang 98 liefert eine Gaslei- (j tung von dem Kopf des Reaktors 10, während auch ein geeigneter Tempe- jj I raturdetektor 100 und ein Abschliesstcrmechanismus 102, der zum Iso- l! ' lier en des Reaktors von den stromabwärts liegenden leiden nes Acgas— 1 .systèmes dient, vorgesehen sind.

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I 35 Eine gasdichte S ammelk armer 10h ist in der Nähe des 3odens des l w î i v f ; Reaktors 10 unter der Ausgangsdosiereinrichtung 76 angeordnet zum i Auffangen der heissen aktivierten Kohlenstoffprodukte. Diese Kammer veist auch eine an der Entlüftungsleitung 108 "befestigte Druckentlastungsvorrichtung 106 auf. Das Produkt wird aus der Kammer lOU , 5 entfernt durch einen geneigten Schneckenförderer 110, der mit einem zweiten Schneckenförderer 112 über einem geeignetes rotierbares Ventil 11^ in Verbindung steht. Die rotierbaren Ventile werden selbstverständlich zur Begrenzung der Lufteinfuhr in dem System angewendet. Die Druckentlastungsvorrichtungen sind angeordnet zum. Schützen des 10 Reaktors gegen explosive Verbrennung, die erfolgen könnte, ungeachtet der zur Verhinderung von Luftleckage getroffenen Massnahmen, insbesondere weil der Reaktor normalerweise unter einem geringen negativen Druck in Betrieb gesetzt wird.

Diametral gegenüber-einander aufgestellt sind an der Seiten-15 wand des vertikalen Schachtes 7^ ein Gamma-Strahlungsgenerator 116 und ein Gamma-Strahlungsdetektor 118; diese Vorrichtungen arbeiten zusammen zum Angeben des Niveaus des Kopfes des Materialbettes in dem Schacht 7^ und dienen zur Regelung (durch nicht wiedergegebene Mittel) i des Einfünrsystems 78· Durch die Wände des Schachtes 7^ befinden sich I 20 auf fünf Niveaus montiert Luftinjizierrohre 120A - 12QE; auf einem j sechsten Niveau, in Abstand unter dem niedrigsten Luftrohr 120E be- | findet sich ein Dampfinjizierrohr 122. Obwohl nicht wiedergegeben, ; sind die Luftrohre 120 mit Mänteln versehen zum darin Zirkulieren lassen von Eühlwasser; dies ist wesentlich, wenn die Rohre während I 7 i 25 einer praktischen Zeitperiode der grossen Hitze, der sie ausgesetzt sindjwiderstehen müssen. Nicht wiedergegeben ist auch die wirkliche Konfiguration der Rohre 120 und 122, die in Wirklichkeit aus einem System von Eohrabschnitten besteht, die als' eine Anzahl flacher Gitter aufgestellt sind, um eine maximale Einheitlichkeit der Gas-30 einfuhr auf federn Niveau, horizontal über das Bett, zu bewirken. Die

Rohre sind auch mit vielen kleinen Lochern versehen, wiederum mit dem Zweck, daraus eine einheitliche Abfuhr zu Liefern.

Die allgemeine Weise, wie der Reaktcr 10 arbeitet, wird jetzt deutlich sein. In dieser Weise wird die Zufuhr über den ZOechanismus 35 Zf8 eingeführt und auf dem bestehenden Bett angebracht, das in dem 4 λ i !! - 8 - ' ^ ^

Schacht Jh "begrenzt ist. Die Egal i s i ervo rri chtung wird rotiert, damit der Rührkopf 88 das frische Material einheitlich verteilt, -wodurch . KanaTbildung (oder ein Schornsteineffekt) von Gasen, die durch das i« :] Bett auf steigen, minimalisiert wird, und gleichfalls eine genaue !> 5 Messung des Niveaus des Bettes durch die Gamma-Str ahieinrichtungen i 116,118 gefordert wird. Die letztgenannte Eigenschaft ist selbstver ständlich wichtig für das genaue Hegeln des Verfahrens, was wieder notwendig ist zur Gewährleistung,dass Produkte mit den gewünschten Eigenschaften erhalten werden. Die Abfuhrdosiereinrichtung 76 regelt 10 die Absinkgesehwindigkeit des Materials durch den Reaktor 10 und lässt dieses in Reihenfolge durch die verschiedenen Zonen passieren, die darin angeordnet sind, wie im Nachstehenden näher beschrieben werden wird. Immer wird schliesslich das feste kohlenstoffhaltige Produkt in dièe Sammelkammer 10*4- abgeführt, aus der es durch Wir-15 kung der Schneckenförderer 110, 112 entfernt wird.

Im -allgemeinen verläuft das erfinaungsgemässe Verfahren wie folgt: wenn einmal ein stationärer Zustand erreicht worden ist, wird durch die aufsteigenden heissen Gase zunächst die Zufuhr völlig I getrocknet , wonach Pyrolyse des festen Materials anfängt, wenn 20 dieses durch den oberen Teils des Reaktors absinkt. In Fig. 2 er folgen diese zwei Effekte in der Trocknungszone (mit A bezeichnet) und in der thermischen Zersetzungszone (mit B bezeichnet). Die ! heisse Kohle aus derLFKzslysereaktion tritt dann in die primäre | Aktivierungszone (mit C bezeichnet) ein, in der durch die eingeführ- I 25 te Luft lokal gebildete gasförmige Brennstoffe exotherm oxydiert werden. Die entstehenden heissen Gase erhitzen die Kohle, wodurch die ti .

"i '! endothermischen Aktivierungsreaktionen unterstützt werden. Die II heisse Kohle reagiert spezifisch mit Wasserdampf und Kohlendioxyd, ! vorhanden in der primären Aktivierungszone,unter Bildung der gas- i 30 förmigen Brennstoffe, Wasserstoff und Echlenmcncxyd, wehei die Kehle aktiviert wird.

Îln der Nähe des Bodens der sekundären Aktivierungszone (mit D bezeichnet) injizierter Dampf*kühlt gleichzeitig Kohle und bringt I diese auf ihr endgültiges Aktivierungsniveau.: der Z-annf dient gleieh- I’35 falls als ein Medium zur thermischen Energieübertragung auf -die oberen l ' " - 9 -

Gebiete des Bettes. Es wird klar sein, dass , obwohl die Zonen A - D in Fig. 2 mit deutlichen Grenzen wiedergegeben sind, dies nur zur Erläuterung gemacht worden ist und dass die Grenzen dazwischen tatsächlich vorübergehend und undeutlich sein werden.

5 In chemischer Hinsicht sind die Kohlenstoff-Dampfreaktionen, bei denen Dampf mit glühender Kohle reagiert unter Bildung von Wasserstoff und Kohlenmonoxyd, (bei Temperaturen oberhalb 9S0°C) und Kohlendioxyd (bei Temperaturen bedeutsam unterhalb 9&0°C) für den Aktivierungsmechanismus und für das vorliegende Verfahren fundamental. Die 10 Aktivierung erfolgt auch über die Reaktion von Kohle mit Kohlen dioxyd unter Bildung von Kohlenmonoxyd. Weil die Aktivierungsreaktionen stark endotherm sind, stützt sich das vorliegende Verfahren auf exotherme Gas-PhasQireaktionen zur Lieferung der für das Aufrechterhalten des Aktivierungsprozesses notwendigen thermischen Energie, Die 15 Hauptgas-Phasenreaktionen (die in der primären Aktivierungszone er folgen) umfassen die Oxydation von Wasserstoff und Kohlenmonoxyd unter Bildung von Wasser (Dampf) bzw. Kohlendioxyd. Die Degeneration von Dampf und Kohlendioxyd in der primären Aktivierungszone, über die genannten Reaktionen, ist für die Erfindung von wesentlicher Be-20 deutung, wie im Nachstehenden näher erläutert werden wird.

Zur Erläuterung der Erfindung werden folgende spezifische Beispiele gegeben:

Beispiel I

Kiefernholzschnitzel mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 5% 25 (nasse Basis) werden in einer Menge von 2700 kg/Stunde (auf trocke ner Basis) einem Reaktor zugeführt, der wie in Fig. 2 wiedergegeben konstruiert ist. Das in dem Reaktor vorhandene Beut hat eine gessmmte Höhe von etwa 2,7 m, gemessen von dem Kopf des Bettes bis zu der Aus-gangsdosiereinrichtung, worin vier Zonen identifiniercar sind. Wenn 30 man das Bett vor. dem Kopf nach unter, betrachtet, gibt es zunächst eine Trocknungszone mit einer Tiefe von etwa C,3 n, eine thermische Zersetzungszone mit einer Tiefe von etwa 1,2 m, eine primäre Aktivierungszone mit einer Tiefe vor. etwa 0,3 m und eine sekundäre Ak-s tivierungszone mit einer Tiefe von etwa C,p m: unter dem Bamtfein- 35 I fühmiveau befindet sich gleichfalls eine untiefe Vcrentladungszone.

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Das Bett hat im Allgemeinen einen kreisförmigen Quer schnitt und einen :] Durchmesser von etwa 2,1 a.

I ' Innerhalb der primären Akt ivie rangs zone sind vier Luft inj i- 1 zierrohrgitter vorgesehen, die Gitter uberspannen nahezu den Reaktor •üi I1 " 5 und sind auf Niveaus auf gestellt, die in einem Abstand von Ts5 cm von einander aufgesteilt,sind. Die Rohre werden mit Wasser gekühlt um sie gegen die hohen Temperaturai zu schützen, die sich in der primären Aktivierungszone entwickeln; wobei der mit diesem Kuhlungssystem verbundene thermische Verlust etwa 110 BTU/kg verarbeitetes trockenes * 4 10 Zufuhrmaterial ist. Wenn einmal nach dem Starten der stationäre Zu stand erreicht ist, ist die Luftzufuhrgeschwindigkeit (kg/Stunde) durch jeden der Luftrohrgitter in sinkender Reihenfolge (von dem Kopf der Zone nach dem Boden wie folgt: 11U, 13I;, 12^ und 252, was eine kumulative Injiziergeschwindigkeit von 62h kg/Stunde ergibt.

15 Unter den Behandlungsbedicgunge'n wird in der primären Aktivierungs zone ein nahezu isothermer Zustand zustandegebracht bei einer Temperatur von 980°C. Sattdampf bei einer Temperatur von 120° C wird !in den Boden der sekundären Aktivierungszone eingeführt mit einer

Geschwindigkeit von 320 kg/Stunde, während trockene aktivierte Kohle 20 aus dem Reaktor gewonnen wird bei einer Temperatur von h50°C und in einer Menge von 633 kg/Stunde; der Kohlenstoff hat eine spezifische I 2 ; Oberfläche von 6θΟ m /g.

! Beisriel II

Ï —. I·- - !

Es wird eine Reaktor gleicher Konstruktion wie in Beispiel I 25 angewendet, jedoch modifiziert durch Anwendune von zehn Luftein- \ " ‘ führmveaus. Die Trocknungszone ist nahezu 0,3 m, die thermische ' Zersetzungszone nahezu 1,2 m, die primäre Aktivi erungs zone etwa ; 1,5 i und die sekundäre Aktivierungszone eta 0,9 m tief. Dieselbe

Zufuhrgeschwindigkeit und dasselbe Zufuhrmaterial werden angewendet, I 30 jedoch mit einem Feuchtigkeitsgehalt von IC C-ev.f.

Die Lufteinfuhrrohre sind, von dem Rouf bis zum Beden, in j _ einem Abstand von 0,3 m zwischen den ersten und zweiten und den j j zweiten und dritten Niveaus angeordnet mit einem Abstand von 15 cm ! , zwischen den dritten und den vierten, vierten und fünften, fünften j 35 jund sechsten, sechsten und siebenten Niveaus und mit einem Abstand I i .

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- 11 - von 7,5 ca zwischen den siebenten und achten, achten und neunten und neunten und zehnten Niveaus. Die Lufteiniiörrgeschwindigkeiten von dem Kopf "bis zum Boden sind (in kg/Stunde): 212, 2kj3 1^7, 170, 193, 2k0, 135, 170, 205 und 332.

• 5 Wiederum wird eine isotherme Temperatur von 980°C in der pri- märd1 Aktiv! erungs zone aufrechterhalten; weil für das Erreichen einer optimalen Luftverteilung ein ungleichmässiger Abstand zwischen den Niveaus notwendig ist, nehmen die absoluten Geschwindigkeiten der Lufteinfuhr nicht, wie "bemerkt werden kann, einheitlich von dem Kopf 10 bis zum Boden zu, wie das wohl in dem vorhergehenden Beispiel der

Fall war.

In diesem Fall wird gesättigter Verfahrensdampf hei 120°C mit einer Geschwindigkeit von 223 kg/Stunde eingefuhrt. Die Ahgas-stromtemperatur ist 268°C und der Warmeverlust zum KühlungsSystem 15 für die Lufteinlassrohre ist 773 BTU/kg trockene Zufuhr. Unter die sen Bedingungen wird eine Menge von bjj kg/Stunde trockenes kohlen-stoffhaltiges Produkt, aktiviert bis zu einem Niveau von 900 m /g und hei einer Temperatur von U92°C aus dem Beaktor gewonnen.

Obwohl es klar ist, dass bestimmte bekannte Methoden mit 20 einem einzigen Arbeitsgang einen bestimmten Aktivierungsgrad in den gewonnenen kohlenstoffhaltigen Produkten liefern, ist die Erfindung gerichtet auf düs Errsiehän von kommerziellen praktischen Aktivierungsniveaus, erreicht über die Einführung von Dampf mit Luft gemäss den in dieser Anmeldung beschriebenen neuen Ausführungsformen, 25 eher als mit solchen passiv aktivierten Materialien, wie diese neben- . bei durch die bekannten Methoden produziert werden können.

2 3ei dem Niveau von etwa hOC m /g ist aktivierte Kohle im Allgemeinen ein Schwellenprcdukt für kommerzielle Zwecke; es ist erwünscht, dass das Produkt ein Aktiv!erungsniveau von mindestens 5QQ 3C m"/g hat und vorzugsweise ist dieses Niveau im Bereich vor. cOC - 90C m“/g. Zur Vermeidung eventueller Misverständnisse wird erwähnt, das die spezifischen Oberflächenwerte, die hier erwähnt werden, auf einerStickstoffbestimnnmg basiert sind. Gleichfalls wird erwähnt, dass eine ähnliche geeignete Weise zumcHBraliuerisieren des Ahscrp— 35 f tionsvermcgens von Aktivkohle über die”Jodzahl” möglich isu; die i L .. - 12 - ί· ι ; zahlenmässigen Werte werden jedoch nahezu gleich sein, ungeachtet des ! angewendeten Systems.

Ι 1 Wort - die . . , § böige fügt Insofern es/spezifische organische Zufuhrs die zur Anwendung m 1 dem vorliegenden Verfahren geeignet ist, "betrifft, dient diese selbst-wV· ; * 5 verständlich theimisch Versetzt werden zu können unter Bildung eines Î ^ festen kohlenstoffhaltigen Produktes, das kommerzielle Aktrvierungs- niveaus erreichen kann. In praktischer Hinsicht ist es ausserdem zweckmässig, dass die Zufuhr ein Abfallmaterial ist, das in grossen Mengen leicht verfügbar ist, um die,wirtschaftlichen Faktoren und die Vor-10- teile der Erfindung maximal zu machen. Obwohl eine Anzahl geeigneter

Zufuhrarten möglich sind, ist Holzabfall als Gebrauchsmaterial am meisten erwünscht, im Hinblick auf die grossen Mengen, die überall in der Welt entstehen, das Bedürfnis an einer optimalen Endbenutzung davon und die hohe Qualität der Aktivkohle, die daraus erhalten wer-15 den kann. Andere geeignete Zufuhimaterialien, die Erwähnenswert sind, umfassen: ausgepresste Zuckerrohrstengel, Stroh, Reisschalen, Nussschalen und ähnlichen Landwirtschaftabfallmaterialien. Es wird auch klar sein, dass es nicht erforderlich ist, ein nicht-umgesetztes Zufuhrmaterial anzuwenden, weil auch Materialien, die bis auf einen 20 bestimmten Grad karbonisiert sind, das ganze oder ein Teil des zu behandelnde^Materials sein können. Immer soll die Zufuhr völlig trocken sein, wobei ein Feuchtigkeitsgehalt von 10# die praktische Obergrenze bedeutet; es ist also notwendig, das Material vorzu- trocknen,um es für die Anwendung geeignet zu machen.

| 25 Wie angegeben, bewegt sich das feste Material, das umgesetzt t ! wird, nach ÿnten durch den Reaktor als ein Festbett, in dem bei ver schiedenen Stadien der Reaktion Schichten identifiziert werden kennen; dies im Gegensatz zu manchen bekannten Methoden, bei denen die Reaktion in einem Fliessbett stattfindet, in dem das Material hono-30 gen sein wird. Die Notwendigkeit der Schichtbildung bestimmt eine praktische Obergrenze, was das Gesammtvclumer an Luft und Dampf betrifft, das in den Reaktor eingeführt wird, weil ein übermässiges Volumen an gasförmigen Stoffen Fluidisierung verursachen wird.

Etwa l5 — 9000 kg Zufuhmaterial wird im Allgemeinen in einen "35 j- Reaktor des obenbeschriebenen Typus gehanchabt werden; dieser wird

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- 13 - im .allgemeinen etwa 1,1 - 20Q0 kg/Stunde Aktivkohle produzieren, wobei es klar ist, dass das Gewicht des produzierten festen Produktes von * dem Aktivierungsniveau desselben ahhüngen wird. Mit anderen Worten, weil zum Erreichen der höheren Afctivienmgsniveaus mehr Kohlenstoff 5 angewendet werden muss, wird die gewonnene Menge in 'Übereinstimmung damit verringert werden. Abhängig von dem Aktivierungsniveau des Produktes sind jedoch ümsetzungsgeschwindigkeiten von IT - 2.3%, basiert auf den Gewichten der getrockneten Zuführmaterialien und des getrockneten Produktes, in dem erfindungsgemessen Verfahren charakteristisch 10 erreichbar.

Bei einer praktischen Ausführung werden die Verweilzeiten in der primären Aktivierungszone 3 - l80 Minuten betragen. Mehr im

Allgemeinen betragen diese Zeiten 5-90 Minuten, vorzugsweise 15 - 60 Minuten, wobei (in letzterem Fall) Temperaturen von etwa 870 - 15 9öO°C angenommen werden, sowie ein Produkt mit einer spezifischen 2

Oberfläche von etwa UOO - 6θΟ m /g. Es ist also klar, dass die Verweilzeit in der primären Aktivierungszone nicht nur eine Funktion der darin bestehenden Temperatur sein wird, sondern auch des Niveaus der Aktivierung, das in dem Endprodukt erreicht werden muss.

20 Wenn z.B. ein Material mit einem Aktivierungsnivean von 400 m /g hei einer Temperatur von 980°C produziert werden muss, ist eine Verweilzeit von 5 Minuten in der primären Aktivierungszone ein charakteristischer Wert. Wenn dahingegen die Temperatur bis etwa 1020°C erhöht wird, kann die Verweilzeit bis etwa 3 Minuten verringert 25 werden.

Eine grundsätzliche Besonderheit des erfindungsgemässen Verfahrens betrifft die geregelte Lufteinführ in das Zwischengebiet des Bettes, das die primäre Aktiv!erungszone bildet. Eine wesentliche Funktion der Luft ist die Zuführ thermischer Energie, die notwendig ist, und zur Ausgleichung der Varmevsrluste zu dem schützenden Kühlungssystem, vorgesehen für die Lufteinfuhrgitter.

Eine zweite wesentliche Funktion der Luft ist die Bildung der , grössten Menge Dampf, der für die Aktivierungsreaktion notwendig 35 I ist,um die von aussenher eingeführte Menge zu Minimalisieren.

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Schliesslich ist eine richtige Eegelung der Luft notwendig zur Ver- Ü meidung von Überhitzung und übermässige exotherme Verbrennung des i i _ vorhandenen festen Kohlenstoffes.

* Wie angegeben, wird die für die Aktivierungsreaktionen not- 1 , 5 wendige thermische Energie durch die fühlbare Vaine von Kohlenstoff ! zugeführt, welche Wärme durch C-asphasenosvdationsreaktionen, die in der primären Aktivaerungszone stattfinden, erzeugt wird. Um jedoch die erwünschten Aktivierungsniveaus zu erreichen, ist es wesentlich, dass der Kohlenstoff nicht überhitzt wird, weil Überhitzung Zusammen-- 10 bruch der Poren verursacht, die sich in dem Kohlenstoff entwickeln und die das Mittel sind, mit dem die hohe spezifische Oberfläche und also die Aktivierung erhalten werden.

Obwohl eine ernste Überhitzung des Kohlenstoffes im Allgemeinen nicht bei Temperaturen stattfinden, die niedriger als etwa 15 1150°C sind, wird trotzdem bevorzugt, die Temperaturgrenze des koh lenstoffhaltigen Materials in der primären Zone auf maximal etwa 980 - 10U0°C zu Beschränken. Bei Temperaturen unterhalb 160°C werden die Aktivierungsreaktionen einfach nicht effektiv stattfinden oder • wirtschaftlich sein; es wird somit dadurch eine praktische Unter- 20 grenze der Temperatur angegeben, bei der die primäre Aktivierungs zone in Betrieb gesetzt werden soll. IM in der primären Aktivierungszone in zweckmässiger Weise thermische Energie zu liefern, ! gleichzeitig unter Vermeidung von Überhitzung der Kohle, soll die !i ! Oxydationsluft durch die Zone in einer solchen Weise verteilt l ....

i 25 werden, dass nahezu isotherme Bedingungen bei einer optimalen Tem- ! neratur geliefert werden. Dazu ist Einfuhr der Luft in die r-rimäre ί *** ~

Akuivierungszone bei einem Vielfach (d.h. zwei oder mehr) von îli-veaus notwendig und vorzugsweise isz die Anzahl Lufteinführniveaus 3-5· Obwohl 10 (oder sogar mehr) Niveaus angewendet werden können, 30 ist es klar, dass zuviel Lufnrohre Verstopfung des P.eaktcrs verur sachen, und daher ernste Beiabigurgssehwierihieiter liefern durch das Verhindern der natürlichen Schwerkrafubewegung des Materials.

. Führt man dahingegen alle Luft auf einem einzigen Wiveau ein, so : müssen Temperaturen von etwa 1370 - 15t;0oC erzeugt werden um genug ! '35 * thermische Eenrgie zu Liefern zur Aufrechterhaltung der Beskticns- I f ! : I « 1; V.

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! : bedingungen, die zum Erreichen der gewünschten Aktivi erungs niveau s I erforderlich sind. Auch wird sich unter· diesen Bedingungen ein / "Schleifeneffekt"entwickeln können,, weil die Erzeugung von hohen ! Temperaturen fordert, dass .mehr Kohlenstoff, endotherm verbraucht - 5 wird (weil der lokale Uberhitzungszustand die Aktivierung begrenzen I wird),wobei die zusätzliche Kohlenstoffmenge wieder dem System einen übermässigen thermischen Energiebedarf auferlegen wird.

Wie in den Beispielen angegeben , können die Lufteinfiihr-niveaus gegebenenfalls in gleichem Abstand voneinander getrennt 10 ' · sein. Obwohl es im Allgemeinen notwendig ist, die Luft mit nach obenhin abnehmenden Geschwindigkeiten zu injizieren (basiert auf der Menge an festem Material, die durch den Sauerstoff beeinflusst wird), um isotherme Bedingungen in der primären Aktiv!erungszone zu erzeugen, dürfen die Lufteinführgeschwindigkeiten auf absoluter 15 Basis nicht in dieser Weise variieren. Die bestimmte Aufstellung und Konfiguration der Luftrohre wird von vielen Paktoren abhängig sein, einschliesslich der Arbeitsbedingungen, der Art und der Qualität der Zufuhr und des gewünschten Produktes, der Konfigurationsabmessungen des Bettes, usw. Wie ersichtlich^wird immer die 20 vorgesehene Anzahl Luftniveaus und der Abstand dazwischen einen grundsätzlichen Einfluss haben auf die Geschwindigkeit, mit der die Luft bei einem bestimmten Niveau eingeführt wird.

; Es lässt sich ziemlich überraschend bemerken, dass aus genommen,wie das notwendig sein kann zur Gewährleistung der Auf-25 rechterhaltung einer minimalen Abgastemperatur von 120°C (aus

Gründen, die im Nachstehenden in Einzelheiten beschrieben werden), : . die Menge eingeführte Luft nahezu unabhängig ist von dem Energie bedarf der Prozesse, die in den oberen Gebieten des Bettes stattfinden (d.h. Trocknen und Pyrolyse). Der gelieferte Sauerstoff ist 30 vorzugsweise geringer als die kenae, welche theoretisch erforder lich ist zur Oxydation aller in der urimären Aktivierungszone gebildeten gasförmigen Produkte der Reaktion, um dadurch die exotherme Oxydation der darin vorhandenen Kohle zu minzmalisieren.

Es ist klar, dass die Oxydation an Anfang in dem gasförmigen Zu-35 stand erfolgen wird; nur danach wird feste Kohle in erheblichen - ^ * la- ., ’ -16-

Mengen verbrannt werden.

Die sekundäre Aktivierungszone ist selbstverständlich., das Ge-j| biet des Bettes, das über dein Niveau der Dampf ainfuhr liegt und unter |i ‘ der primären Aktivierungszone, wie im allgemeinen dur eil das unterste j' 5 Niveau der Lufteinführ definiert wird. Die primäre Funktion des Dampfes | ist die Warmezurückgewinnung. Sn Wesen wird damit die Lieferung der thermischen Energie bezweckt zur Unterstützung der Trocknungs- und thermischen Zersetzungsverfahren der Zufuhr in dem oberen Bett; auch dient es zum Vorerhitzen des Dampfes bevor dieser in die pri-10 märe Aktivierungszone eintritt (wodurch eine thermische Überlastung und Überhitzung der nahe dem Boden dieser Zone vorhandenen Kohle vermieden wird) und zur Unterstützung der gewünschten Äbgastempe-ratur. Dampf liefert gleichfalls die Reaktionskomponente, die zum Einleiten der während des Verfahrens stattfindenden Kohlenstoff-Dampf-15 reaktion notwendig ist, aber wie oben angegeben^ist die zum Erhalten der Reaktion notwendige Menge eingeführten Dampfes minimal.

Es ist also klar, dass in den Aktivierungszonen (im Wesentlichen der primären Aktivierungszone, wo freier Sauerstoff leicht I verfügbar ist), Dampf fortwährend durch Wasserstoff oxydation regene- 20 riert und durch Reaktion mit Kohlenstoff verbraucht wird. Es ist daher notwendig, in den Reaktor erheblich weniger Dampf einzuführen als stöchiometrisch erforderlich wäre, um gemäss anderen Mitteln die Aktivierungsniveaus zu erreichen, die mit dem jetzigen Verfahren erhalten werden; die Dampfmenge darf z.B. kleiner sein als die, 25 welche verbraucht würde, wenn die Aktivierung in einem extern s: geheizten rotierbaren Ofen durchgeführt würde. In den Beispielen l j' » I und II sind insbesondere Lampfmengen, die in das Betz injiziert | ‘ werden, 172 bzw. 52% der Mengen, die bei einem extern geheizten ! rotierbaren Ofen theoretisch notwendig sein würden. Trotzdem wird 30 es klar sein, dass es notwendig sein kann, sogar mehr als die für a “ '----------°-““ fi Dempfmenge anzuwenäen, zur Gewährleistung der Gegenwart eines aus- | reichenden Volumens an gasförmigem Medium zwecks einer geeigneten | Massenübertragung. Theoretisch braucht die Dsmpfmenge, die für i; 35 Aktiveerurgszwecke eingeführt wird, nur die Menge zu sein, durch jj k * * i I 1 I Jjp I % u ar - 17 - welche die Kohlenstoff--Dampfreaktion mit dem Kohlenstoff eingeleitet j wird, zwecks der Dampfregeneration, die innerhalb der primären Akti- j vierungszone stattfindet. Die Anwendung einer solchen theoretisch minimalen Menge wird jedoch nicht als praktisch hetrachtet^wegen 5 . der Tiefe des Bettes und der hohen Yerweilzeiten, die zu einer be- j friedigenden Aktivierung unter ähnlichen Bedingungen notwendig sein i würden. Es wird jedoch trotzdem klar sein, dass die Menge eingeführ- i ten Dampfes weder stöchiometrisch mit dem Gewicht des zu aktivierenden Kohlenstoffes verwandt zu sein braucht^noch im Verhältnis 10' zu dem endgültig zu-erreichenden Aktîvîerungsniveau zu stehen braucht. Durch die Begrenzung der Menge eingeführten Dampfes wird nicht nur Energie beibehalten, sondern auch ein Grad der Freiheit in das Verfahren eingeführt. Weil der Dampf also kein begrenzender Faktor ist, erteilt dieser etwas Spielraum was die Kühlung und die 15 weitere Verarbeitung des Kohlenstoffes in einer regelbaren Atmosphäre i und innerhalb variabler Temperatur und Zeitgrenzen betrifft. Hiermit wird auch das Aktiv!erungsverfahren stabilisiert, indem kontinuierlich in dem Reaktor bestehende Dampfumgebung ausgetauscht wird.

Das teilweise aktivierte kohlenstoffhaltige Material aus der 20 primären Aktivierungszone tritt in die sekundäre Aktiv!erungs zone ein "bei einer Temperatur von etwa 870 - 9δ0°0; es verlässt die sekundäre Aktivierungs zone bei einer Temperatur von etwa 90 - 815°C.

Es kann darauf hingewiesen werden, dass Massnahmen getroffen werden, um zu vermeiden oder wenigstens zu miinimalisieren, dass Sauerstoff 05 in die sekundäre Aktivi erungs zone eintritt, weil solche Reaktionen wenn diese darin auftreten, Wärme erzeugen und Kohlenstoff verbrauchen werden, welche bei-des Fraktionen in diesem Gebiet des Eettes nicht gewünschte Effekte ergeben.

Das Material, aas aus dem Boden des Reaktors austritt, wird ei.n πεώβζΊΐ "trockenes i*es*tes Frocrcki secn eenem

Aktivierungsniveau von iOO m“/g und hoher. Das Verhältnis davon zu der Menge angewendeter Zufuhr, wird, wie oben erwähnt, eingermassen von dem Aktivierungsniveau, das erreicht wird, abhängen; trotzdem sind charakteristische knsetzungsverhältnisse etwa 0,17 - 0,27 : 1,0. •5=; t Die Ausbeute an Produkt wird auch variieren in Abhängigkeit von vielen

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Faktoren einschliesslich im wesentlichen des Aktiyierungsniveaus des 1 Produktes; ~.B. annähernd h6% Holzkohle, produziert aus einer Kiefer- : ; holzzufuhr, wird charakteristisch, endotherm -verbraucht -werden zur : - Bildung einr*s Produktes mit einem Aktivierungsniveau, von 600 m /g.

! i . -. 5 liehen dem festen Produkt wird das vorliegende Verfahren ein jt ' gasförmiges Produkt liefern,zusammengesetzt aus den Gasen, die ans der primären Aktivierungszone passieren, kombiniert mit verdampftem Teer und öl und Gasen, die gebildet werden durch die thermische "Zersetzung und Trocknung, die in den Gebieten des Bettes oberhalb der 10 primären Ak*ivierungszone stattfinden. Aus diesem gasförmigen Strom kann eine Fraktion kondensiert werden, die ein pyrolytisches öl bildet, das als eine Brennstoffquelle innerhalb des Systems und/ oder ausserhalb desselben angewendet werden kann. Wie oben angegeben kann das pyrolytische öl gleichfalls dazu benutzt werden, 15 den Gasstrck auszuwaschen zum Entfernen der festen Teilchen und j zur Bildung eines raffinierteren gasförmigen Produktes, dass selbst verständlich auch als eine Brennstoffquelle gebraucht werden kann.

IDie Temperatur des Auspuffgases wird im Allgemeinen in dem Bereich von 120 - 315°C liegen, abhängig von der Aktivität des 20 Kohlenstoffproduktes, dem Feuchtigkeitsgehalt der Zufuhr und der

Menge eingeiührten Dampfes. Wie eher angegeben ist eine Temperatur ή unterhalb :20°C unerwünscht; bei niedrigeren Temperaturen wird | exzessive Kondensation auf:; verhältnismässig kühlen Teilchen in 5 den oberen feilen des Bettes stattfinden, wodurch also Brücken- I 25 bildung entstehen kann und schliesslich die Bewegung des Bettes i »! durch den Peaktor gehemmt werden wird.

j Was die Konfiguration betrifft , wird der Beamter im All- Ü gemeinen Zylindrisch sein; die Querschnittsoberfläche wird norma- " 2 1 J lerweise etwa 0,09 - 9 m sein, mit einer Vorzugs Oberfläche von : ' 2 Buchstaben - ç 3C beiae-- 3,6 r', insbesondere ein/Yert von annähernd 2,3 n“. Die fügt ·τ>££ρβ £er primären Akt ivierungszone wird im Jsllgs: einen von etwa g 0,3 bis 1,5 m variieren, wobei das fundamenteile Kriterium vorge- -| ' sehen werdet soll m genug Tiefe zur Lieferung einer genügenden

Verweiizeit zum Erreichen des Aktivierungsniveaus,das man zu er- * 5 35 {.hakten wünscht. Die sekundäre Aktivieruneszone wird im silraieiner

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* - 19 - etwa 0,6 - 0,9 B tief sein, während die oberen Bettgebiete gewöhnlich etwa 1,5 m tief sind; demzufolge wird die gesaunte Betttiefe charakteristisch. in der Grossenordmng τοη etwa 2,7 - 3,9 m liegen.

In dem vorliegenden Verfahren können manche Parameter als un-- 5 abhängig oder abhängig identifiziert werden. Die unabhängigen Para meter (d.h. die, welche gewählt und eingestellt werden können) sind: die Art der Zufuhr, deren Feuchtigkeitsgehalt, die Verarbeitungsge-schwinaigkeit (d.h. die Zuführgeschwinäigkeit), die isotherme Temperatur der primären Aktivierungszone, das Aktivierungsniveau des kohlen-10 . stoffhaltigen Produktes und die Abfuhrtaaperatur desselben. Abhängige

Eigenschaften (d.h. die, welche entweder aus dem unabhängigen Parametern entstehen oder'von diesen vorgeschrieben werden) umfassen: die angewendeten Verfahrensluft - und Dampfgeschwindigkeiten, die Menge Wäme, die an das Lufteinführkuhlsystem verloren geht, die Abgasstromtempe-15 ratur, die Ausbeute an produziertem kohlenstoffhaltigem Produkt, sowie die theoretische Dampfmenge, die für die Aktivierungsreaktion notwendig ist, (im Gegensatz zu der Dampfmenge, die in Wirklichkeit in das: System eingefuhrt werden muss). Wenn also aas Aktivierungsniveau, die primäre Aktivierungs Zonentemperatur, und der Wärmeverlust einmal 20' spezifiziert oder bekannt sind, kann die Menge erforderlicher Pro zessluft bestimmt werden. Indem weiter die Kohlenstoffabfiihrtempera-tur spezifiziert wird, kann die Menge des einzuführenden Prozess-dsmpfes völlig unabhängig von dem theoretischen (d.h. stöchiometrischen) Wert der in einem Auswendig geheizten Aktivator, Wie einem 25 rotierbaren Ofen,verbraucht wird, bestimmt werden. Es ist daher innerhalb billiger Grenzen für den Fachmann möglich, die Einführ-geschwindigkeit der Zufuhr und den Feuchtigkeitsgehalt, das Aktiv! -tätsniveau des kohlenstoffhaltigen Produktes, die Temneratur der primären Aktivierungs zone und die Tiefe der primären Aktiv! erungs zone PQ einzustellen und auf Basis dieser Parameter danach die geeisneten werte für die Dampf- und Lufteinfuhrgeschwindigkeinen, für das Luftverteilungsprofil und für die Abgasstromcemperatur zu bestimmen.

Es kann also bemerkt werden, das die vorliegende Erfindung ein Verfahren verschafft, mit dem stark aktivierter Kohlenstoff in zweck-35 /mässiser und wirtschaftlicher Weise und mit minimale·” ! ' j I - 20 - Ί Ί geudung gebildet werden kann. Das Yerfabren wird in einer einzigen j Stufe durchgeführt und in einer Weise, die geeignet und leicht vari- | · iert werden kann, wodurch die Bildung'eines Vielfaches der erwunsch- \ ten Produkte möglich ist. Man kann mit diesem .'Verfahren ein trocknes, ! ; 5 verhältnismässig kühles festes Produkt produzieren, das sich leicht

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handhaben lässt, und das man in einem Reaktionssystem , das verhältnismässig einfach und billig zu konstruieren und in Betrieb zu halten ist, ausführen kann. Die Erfindung vers-chafft auch ein Verfahren zur kontinuierlichen Bildung von aktivierter Kohle mit einem 10 einstellbaren und reproduzierbaren Gebiet von Aktiv!tätsniveaus und Absorptionsmerkmalen. Schliesslich wird die Dampfnenge, die in das Reaktionsgefäss eingeführt wird^minimalisiert und ist es nicht notwendig, aus einer externen Queller. Brennstoff für das Erhalten des Verfahrens zu Benutzen. Alle Energie für das Verfahren wird 115 durch die fühlbare Wärme der Holzkohle geliefert, die wieder in erheblichen Mengdßgebildet wird, durch die exotherme Gasphasenoxydation von Wasserstoff und Kohlenmonoxyd, die durch die endothermen Aktivierungsreaktionen gebildet werden. Die geregelte Einfuhr von Luft bei einem Vielfach von Niveaus und -von Dscxf bei 20 dem Boden des Reaktors macht eine solche Behandlung möglich unter

Vermeidung von Kohlenstoff Überhitzung und unter Minimaliséerung der Menge verbrauchten Dampfes.

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Claims (21)

1. Siehseïbstunterhalten&es, in einen einzigen Arbeitsgang verlaufen- j des kontinuierliches Verfahren - zur Bildung eines aktivierten kohlenstoff- i · haltigen Produktes mit einer spezifischen Oberfläche von mindestens UOO i 2 I m /g, gekennzeichnet durch folgende Stufen: 1. a) das in den Kopf eines vertikalen Reaktors Einfuhren eines j nahezu trockenen Zufuhrmaterials, das durch themische Zersetzung | in eine gasförmige Komponente und ein festes aktiviertes kohlenstoff- ! haltiges Produkts umgesetzt werden kann; ; b) das nahezu kontinuierliche in Abwärtsrichtung Bewegen dieses

10 Materials als ein Festbett und mit einer vorbestimmten Geschwindig keit durch den Reaktor und nach aussen aus dem Boden des Reaktors, wobei Gase aufwärts und Abgase nach aussen abgefuhrt werden; c) das Injizieren von Luft auf einer Vielfältigkeit von Niveaus, die vertikal in Abstand voneinander stehen und zwischen dem

15 Kopf und dem Boden des Reaktors zur Verwirklichung einer primären Aktivierungszone erheblicher Tiefe angeordnet sind,welche Luft mit bedeutsam, verschiedenen Geschwindigkeiten, die unabhängig geregelt werden, auf den genannten Niveaus injiziert wird, um die Luft zu verteilen und dadurch die primäre Zone nahezu isotherm zu machen, 20 wobei das darin vorhandele Material eine nahezu uniforme Temperatur von 760 - 1150°C hat; d) das nahezu in Abwesenheit von Sauerstoff Einfuhren von Vasserdampf niedriger Temperatur in das Bett an einer Stelle, die in Abwärtsrichtung in Abstand von der primären Zone liegt, zum 25 unterhalb der primären Zone Verwirklichen einer sekundären Aktiv!s- ‘ rungszone erheblicher Tiefe, welcher Dampf injiziert wirdm.it einer Geschwindigkeit, die gerade ausreichend ist, um genug thermische Energie aus der sekundären Aktivierungszone dem Kopf des genannten Bettes zuzuführen, zur Trocknung und thermischer. Zersetrurs: des 30 ^QZXBZ^Zl'ZΘΖ1 Ms.'LsZ'î cLLs 0" --."v j 2^ — 315°C in den genannten Abgasen und zum Kühlen des Materials, das aus ; l t ' v-~ « jï " * — 22 - il t l der sekundären,Zone austritt bis zu einer Temperatur von 90 - 815°C; welches austretende Material ein nahezu trockenes aktiviertes kohlen- . . 3 stoffhaltiges Produkt mit einer spezifischen Oberfläche von mindestens 2 i+00 m /g umfasst. ! 5 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das kohlenstoffhaltige Produkt eine spezifische Oberfläche von etwa 600 -2 900 m /g hat, wobei die uniforme Temperatur des Materials in der primären Aktivierungszone etwa 870 - 9δ0°0 ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ♦ **

10 Luft mit einer derart kombinierten Geschwindigkeit in die primäre Aktivierungszone injiziert wird, dass weniger als die Menge Sauerstoff, die stöchiometrisch zum Oxydieren aller in dieser Zone ge- I bildeten gasförmigen Reaktionsprodukte notwendig ist, geliefert wird, und zum Minimalisieren der exothermen Oxydation des darin vorhandenen 15 festen Kohlenstoffes. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die kombinierte Luftinjiziergeschindigkeit kleiner als 1 kg Luft pro kg des Zufuhrmaterials,auf feuchtigkeitsfreier BasiSjist.

5· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennz-eichnet, dass die I 20 kombinierte Luftinjiziergeschindigkeit etwa 0,25 - 0,75 kg Luft/kg ; der Zufuhr ist, die der spezifischen Oberfläche des Produktes pro- ! e 2 portional ist,welche spezifische Oberfläche von etwa 600 bis 900 m / g variiert. 6; Verfahren nach Anspruch 5S dadurch gekennzeichnet, dass die 25 unabhängigen Luftinjiziergeschwindigkeiten derart variieren, dass die i | * Luft über die primäre Zone mit nach oben hin abnehmenden Geschwinaig- ’ keiten verteilt wird, basiert auf der Tiefe davon. ; 7· Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die unabhängigen Luftinjiziergeschwindigkeiten etwa 1,70 - 2,^0 kg Luft/kg 30 der genannten. Zufuhr je m Tiefe, bei dem Boden der primären Zone und etwa 0,23 - 0,50 kg Luft/kg der genannter. Zufuhr je m Tiefe bei dem . Kopf der primären Zone sind.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Luft in der primären Aktivierungszone auf wenigstens drei der genann-35 / ten vertikal in Abstand stehenden Niveaus eingeführt wird. 4 __ !' --23 -

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die . 2 primäre Aktivierungszone ein Querschnittsgehiet von etva 0,09 - 9 m hat.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die 2

5 Oberfläche des Querschnittes etva 1,¼ - 3,6 m ist.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die primäre Aktivierungszone etwa 0,3- 1,5 m tief ist.

12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Verweilzeit des Materials in der primären Aktivierungszone 10 etwa 3-180 Minuten ist.

13· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Verweilzeit etwa 5-90 Minuten ist. 1¼. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Verweilzeit etwa 15 - 60 Minuten ist.

15. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dampftemperatur etwa 120 - 150°C ist.

16. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dampfinjiziergeschwindigkeit etwa 0,025 - 0,2 kg/kg Zufuhrmaterial, auf feuchtigkeitsfreier Basis, ist.

17. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die · Dampfinjiziergeschwindigkeit etwa 0,05 - 0,15 kg/kg ist. , 18. Verfahren nach Ansuruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das

1 Wort I . .* becefügt Zufuhrmaterial nicht weniger als etwa 10/ aeuchtigkeit, basiert auf dem feuchtigen Gewicht des Zufuhrmaterials, enthält. 25 j 19· Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das . Zufuhrmaterial min einer Geschwindigkeit von ^5 - 9000 kg/Stunde in den Beaktor eingeführt wird.

20. Sichselbstunterhaltendes Verfahren zum kontinuierlichen, in einem einzigen.'. Arbeitsgang Herstellen eines aktivierten kohlen-30 stoffhaltigen Produktes mit einer spezifischen Oberfläche von etwa o 600 — 900 mf/g, gekennzeichnet durch die nachstehenden Stufen: a) in den Kopf eines vertikalen Beaktors wird ein Zufuhrmaterial, das weniger als etwa 10 Gew. 5» Feuchtigkeit enthält, eingeführt, das durch thermische Versetzung gasförmige Komponenten und 35 Î ein festes aktiviertes kohlenstoffhaltiges Produkt bilden kann; p * 7i_ « * -2 h - b) das genannte Material wird nahezu kontinuierlich als ein ; Festbett und mit einer vorherbestimmten Geschwindigkeit in Abwarts- jj = richtung durch den Beaktor und nach aussen aus dem Boden des Reak- ii tors bewegt, wobei Gase aufwärts und Abgase nach aussen abgeführt j.1 - 5 werden; c) in das Bett wird Luft eingeführt auf wenigstens drei Niveaus, die vertikal in Abstand voneinander von dem Kopf bis zum Boden des Reaktors verteilt sind, zur Verwirklichung einer primären Aktivierungszone, mit einer Tiefe von mindestens 0,3 m, welche 10» Luft auf den genannten Niveaus mit bedeutsam verschieden#unab hängig geregelten Geschwindigkeiten, eingeführt wird, um die Luft zu verteilen und dadurch die primäre Zone nahezu isotherm zu machen, wobei das darin vorhandene Material eine nahezu uniforme Temperatur von etwa 160 — 1150°C hat und die kombinierte Luft- 115 inj i zi ergeschwindigkeit kleiner als 1 kg Luft/kg des Zufuhrmate rials, auf feuchtigkeitsfreier Basis, ist; d) Dampf von niedriger Temperatur wird nahezu in Abwesenheit j von Sauerstoff in das Bett eingeführt an einer Stelle, die in a Abwärtsrichtung in Abstand von der primären Zone liegt, und mit 2. einer Geschwindigkeit von etwa 0,025 - 0,2 kg/kg Zufuhrmaterial, auf einer feuchtigkeitsfreien Basis, zur Verwirklichung einer | sekundären Aktivierungszone erheblicher Tiefe unterhalb der pri- j mären Zone, welcher Dampf mit einer Geschwindigkeit injiziert wird, ! die gerade ausreichend ist, um genug thermische Energie aus der 2. sekundären Aktivierungszone dem Kopf des genannten Bettes zuzu- i ; führen, zur Trocknung und thermischen 'Zersetzung des genannten * o Materials, unter Lieferung einer Temperatur von etwa 120 - 315 C i :2 Buchstaben . Ab- beigefüat j in den genannten/Gasen- und zum Kühlen des Materials, aas aus der i Senarm"ken sekundären Zone aus tritt his zu einer Temperatur von 30 t-'-^twa 90 - S15°C, weiches Material eine mittlere Yerweilzeit in der primären Aktivierungszone von etwa 3-90 Minuten hat, wobei j das austretende Material ein nahezu trockenes aktiviertes kohlen stoffhaltiges Produkt mit einer spezifischen Oberfläche von etwa : Ο I 600-900 m /g umfasst. 35 /21. Verfahren nach Ansprich 20, dadurch gekennzeichnet, dass die 4 ic ! 1 .1 ' -25 - i kombinierte Luftinjiziergeschwindigkeit etwa 0,25 - 075 kg Luft/kg der Zufuhr ist und der spezifischen Oberfläche des Produktes proportional ist.

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die 5 genannten unabhängigen luftinjiziergeschwindigkeiten variiert werden, um die Luft über die genannte primäre Zone mit nach oben hin abnneh-* inenden Geschwindigkeiten, basiert auf der Tiefe davon, zu verteilen.

23. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die primäre Aktivierungszone etwa eine QuerschiitsOberfläche von 0,09 - 10. m2 hat. 2b. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Querschnittes etwa 1,b - 3,6 m ist.

25. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die primäre aktivierungszone eine Tiefe von weniger als etwa 1,5 m hat. / ^ / / / y « «