WO2022029313A1 - Process for producing activated charcoal and the activated charcoal produced thereby - Google Patents

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WO2022029313A1
WO2022029313A1 PCT/EP2021/072056 EP2021072056W WO2022029313A1 WO 2022029313 A1 WO2022029313 A1 WO 2022029313A1 EP 2021072056 W EP2021072056 W EP 2021072056W WO 2022029313 A1 WO2022029313 A1 WO 2022029313A1
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gasification
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Definitions

  • the invention relates to a method for producing activated charcoal and the activated charcoal produced therewith.
  • Activated carbon is a fine-grained carbon in the form of a microcrystalline, heavily disturbed graphite with a large internal surface area, thanks to which it is used as an adsorbent in chemistry, medicine, water and waste water treatment, and ventilation and air conditioning technology. It is used as granules, as a powder, in pellet form or pressed into tablets (charcoal compacts).
  • Activated carbon consists mainly of carbon (usually > 90%) with a highly porous structure. Like a sponge, the pores are connected to each other with open pores.
  • the inner surface area is between 300 and 2000 m 2 /g carbon, so the inner surface area of four grams of activated carbon corresponds roughly to the area of a soccer field.
  • the density of activated carbon is in the range of 0.2 to 0.6 g/m 3 .
  • the pore size distribution of the micropores ( ⁇ 2 nm), mesopores (2 - 50 nm) and macropores (> 50 nm) determines the adsorption properties.
  • Macropores are access routes for fluids into the interior of the coals and play a key role in diffusion and mass transport processes into deeper-lying areas of the grain. Most of the adsorption takes place on the surface of the micropores. The size of this area determines the effective surface and thus the adsorption properties of an activated carbon.
  • the size of the effective surface is characterized by the so-called BET measurement, named after the inventors Stephen Brunauer, Paul Hugh Emmett and Edward Teller.
  • a gas often liquid nitrogen
  • a normal pressure device is used to below the saturation vapor pressure of the material measuring gas determines the adsorbed quantity (adsorption).
  • the saturation vapor pressure of the sample gas must not be reached during the analysis process, otherwise condensation would occur, which would falsify the measurement result.
  • Subsequent heating of the sample releases part of the adsorbed amount of gas from the surface, allowing an adsorption-desorption isotherm to be determined.
  • the measured amount of adsorbed or released gas is proportional to the surface.
  • Activated carbon is obtained from plant, animal, mineral or petrochemical substances. Wood, peat, nut shells, coconut fibre, lignite or hard coal are used as the starting material.
  • PAHs polycyclic aromatic hydrocarbons
  • activated carbon Three methods can be used for the production and activation of activated carbon. Chemical activation by acid, a strong base, or a salt. The physical activation by heating the material to high temperatures in an oxidizing or partially oxidizing environment, which is steam or carbon dioxide, in a heated rotary kiln or fluidized bed reactor. Or a process method that is a combination of the first two.
  • WO 2019 104 382 A1 discloses a method for producing activated carbon, in which the starting material made of wood, coconut shells or coal is placed in a first reactor and pyrolytically carbonized material and volatile gas are produced. Part of the volatile gas is diverted to a first combustor to provide heat for the first reactor. Part of the resulting fuel gas from the first combustion chamber is diverted to a second reactor in order to provide the fuel gas for converting carbonizing material into activated carbon.
  • CN 109 569 512 discloses a process for producing a modified activated carbon adsorbent, in which the starting material made of wood, apricot shells, coconut shells and palm shells is crushed, ground, sieved, washed with deionized water and then dried. Then the material with Microwave radiation treated under a nitrogen atmosphere and finally impregnated with an aqueous 1-5% citric acid solution to obtain modified activated carbon.
  • US 2016 005 92 11 describes a method for improving, characterizing and testing activated carbon.
  • Activated carbon based on coconut shells is used as the starting material and activated by various treatments to become more mesoporous.
  • the starting material used has 95% micropores and 5% mesopores.
  • a catalyzed impregnated activated carbon is produced by treatment with an aqueous calcium-based catalyst, which is heated at a pyrolysis temperature until a structure of 10% mesopores is formed.
  • the object of the invention is to provide a method for producing activated charcoal, the starting materials of which are locally available, are produced from a residue and so plant material does not have to be applied separately for the production of activated charcoal, and whose production process steps have recycling steps in order to relieve the burden on the environment .
  • Another object of the invention is to produce a corresponding activated carbon that is produced more effectively and sustainably and has an increased BET surface area and low PAH values.
  • the object is achieved with the features of claim 17.
  • the inventors have recognized that a residue that occurs in a wood gasification process for the production of biogas to generate electricity and heat, namely the residual coal, which is normally mixed with water at the end of the process to avoid dust and filled into big bags, as a Starting material can be used for the production of activated carbon and thus this residue can be fed to an upgrading.
  • the production of the residual coal is based on a staged gasification process with a spatial and control-technical separation of the individual process steps such as pyrolysis, oxidation and reduction.
  • the separation enables individual controllability of the process conditions.
  • dried biomass from organic plant material such as wood chips, shrubbery, forest residues and waste wood is burned in a pyrolysis process by adding air at temperatures of approx. 450 - 500 °C. Due to the high temperatures, the introduced biomass is broken down into its solid, liquid and gaseous components. The gas produced during pyrolysis still has a high proportion of tars.
  • the pyrolysis products are then fed into a reduction reactor, the so-called fluidized bed reactor.
  • This reactor is a special floating fixed bed technology. In classic fixed-bed reactors, gravity and the gas flow act downwards, causing the reactor contents to become increasingly compacted.
  • the oxidation takes place at the entrance of the reduction reactor.
  • the components from the pyrolysis are partially burned by adding more air. Due to the resulting high temperatures of up to 900°C, almost the entire tar content from the pyrolysis is split (cracked). As a result, a significant part of the gas cleaning already takes place in the oxidation zone.
  • the actual gasification of the biomass takes place in the reduction zone.
  • the solid carbon from the pyrolysis process forms a stable, suspended fixed bed in the reduction reactor.
  • the gas heated by the oxidation flows through this fixed bed.
  • the product gas cools down to around 700°C due to endothermic reactions and exits at the top of the reactor. This product gas is enriched with the carbon particles that are separated out in the downstream filter process.
  • the separated carbon particles are the starting material for the production of activated carbon.
  • These charcoal particles or residual charcoal are particularly suitable for the production of activated charcoal because the high temperatures in the oxidation zone of up to 900° C. mean that the accumulation of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) is low.
  • PAH polycyclic aromatic hydrocarbons
  • the wood gasification charcoal used as the starting material for the activated charcoal has the advantage that the charcoal is in a homogeneous powder form after the gasification process, has relatively few volatile components (approx. 10%) and has a carbon content of 80%. Due to the relatively homogeneous powder form, the processing effort for activation to activated carbon is lower than with a conventional production process for activated carbon from a different starting material. As a result, the manufacturing process saves energy and a residue is refined that was normally only used to produce briquettes.
  • the wood gasification charcoal is refined into activated charcoal by activation processes instead of for briquette production.
  • two already known processes such as a wood gasification process for the production of biogas and the activation of activated carbon are used and an intermediate step according to the invention is introduced.
  • the locally available plant material is utilized even more efficiently.
  • this intermediate step the wood gasification coal is not mixed with water and bottled, but the residual heat of the coal is transferred to a raw shell heat exchanger taken away. In addition, this residual heat is at least partially used to preheat the activation means and the reactors, thus ensuring thermal feedback.
  • This intermediate step makes available a new starting material for the production of activated carbon, which is available locally and is not burdened with high transport costs.
  • the coconut shells which are usually used for the large-scale production of activated carbon, are delivered to the production site from southern countries, often from the Philippines, which leads to long transport routes and a high CO2 load.
  • the inventor has recognized that the locally present residue from the special wood gasification process is particularly suitable for activation into activated carbon. Since today value is placed on sustainable products that have a lower environmental impact during production, the inventor has created an additional benefit in addition to the technically excellent suitability of the modified residue.
  • the starting material of this invention does not cover a huge transport distance, instead the residual product of a wood gasification plant is recycled through a charcoal activation process.
  • the invention envisages treating the waste water in some process steps and feeding it back into the process, which also leads to a reduction in the burden on the environment.
  • CN 109 160 512 discloses a residue from biomass gasification which is used for producing activated carbon.
  • the processing of this residue before activation to activated carbon is expensive.
  • the residue used for the activated carbon activation is originally in homogeneous powder form, has relatively few volatile components (approx. 10%) and a carbon content of 80%.
  • the existing residue can be used immediately for activation to activated carbon and can only optionally be mechanically sieved into different fractions by a screening plant and/or crushed to the required particle sizes by the grinding plant.
  • the residue from CN 109 160 512 has to go through several preliminary process steps before it can be physically activated into activated carbon.
  • the raw material is mixed with a high-temperature binder and an activation aid, and then kneaded. Then, a normal temperature binder is added and the whole mixture is kneaded again. After a subsequent extrusion of the mass, it is dried before being fed into the gasification reactor. All of these preparation steps are not necessary in the present invention.
  • locally available organic plant material such as wood chips, shrubbery, sawn timber from forest and landscape maintenance, windblown wood and wood infested with pests is converted in a wood gasification process and the residual heat of the resulting coal is removed in a raw shell heat exchanger.
  • the residual material that accumulates in the wood gasification process can be directly activated by activation steps to form activated carbon.
  • the invention thus relates in particular to a method for producing an activated charcoal from a residue that occurs in a wood gasification process, characterized in that a wood gasification charcoal is used as the starting product, which in a staged gasification process of organic fuels and wood with a spatial separation of the individual process steps such as pyrolysis , Oxidation and reduction occurs, with the reduction being carried out in a fluidized bed reactor, whereby a fine-grained, carbon-rich char is produced and the wood gasification char produced in this way is subsequently supplied to an activation, with the wood gasification char being chemically and/or physically activated.
  • the carbon is chemically activated by means of ultrasound or vacuum by means of an impregnating agent, the impregnating agent being phosphoric acid, potassium hydroxide, potassium carbonate or zinc chloride.
  • One embodiment provides that the impregnation takes place at temperatures between 400 and 1000°C and in particular at temperatures of 405, 700, 850 and 1000°C.
  • One embodiment provides that the impregnating agent and deionized water are mixed in the mixing ratios of 1:1 to 1:5 and, in particular, are used in the mixing ratios of 1:1, 1:3 and 1:5.
  • One embodiment provides that the treatment of the impregnation takes place over a period of 0.4 to 2.5 hours, in particular 0.5 to 2 hours.
  • One embodiment provides that after the impregnation, the treated carbon is filtered off through a filter and dried in a dryer, with the waste water either treated in a treatment system and fed back into the process or discharged into a waste water system.
  • One embodiment provides that, during the physical activation, the activating agent is placed in the activation reactor and preheated by means of a heat exchanger.
  • activating agents are IXh/FWCg), CO2 or COz/tWCg).
  • One embodiment provides that the physical activation takes place at 750 to 950°C, in particular 800 to 875°C and in particular at 850°C.
  • the activation times are between 0.5 and 2.5 hours, in particular between 1 and 2 hours.
  • wood gasification charcoal is mechanically pretreated before chemical or physical activation by one or more of the following steps: sieving, sifting, classifying, grinding.
  • One embodiment provides that a maximum particle size of 3 mm is preferably set.
  • One embodiment provides that particles above a desired maximum grain size are crushed to the required particle size.
  • the wood gasification charcoal is filtered from the raw gas stream at the end of the wood gasification process and before activation by a gas filter and is cooled via a lock system, which at the same time represents a transition container, and rendered inert with an inert fluid, in particular an inert gas such as nitrogen.
  • wood gasification charcoal is passed through a further lock as an intermediate step before activation, which at the same time represents a raw shell heat exchanger in which the residual heat present is dissipated.
  • waste heat obtained in the raw shell heat exchanger is fed to subsequent or previous process steps of the method, in particular for preheating the activation means and the activation reactor.
  • One embodiment provides that the wood gasification charcoal is temporarily stored in a reservoir in order to ensure a uniform, continuous supply for the activation process.
  • a further aspect of the invention relates to an activated charcoal produced from wood gasification charcoal using a method according to claims 1 to 16, the activated charcoal having a BET surface area between 500 m 2 /g and 950 m 2 /g after physical activation and after chemical activation has a BET surface area between 475 m 2 /g and 1150 m 2 /g.
  • FIG. 1 Prior art and method according to the invention
  • Figure 1 shows the current state of the art, in which, in a wood gasification process, the combustible material such as wood chips, residual forest wood, waste wood and plant material is processed in a staged process with a spatial separation of the individual process steps such as pyrolysis, oxidation and reduction is converted.
  • the pyrolysis products are then fed into a special floating bed reactor, with the oxidation taking place at the entrance to the reduction reactor.
  • the oxidation zone the components from the pyrolysis are partially burned by adding more air. Due to the resulting high temperatures of up to 900°C, almost the entire tar content from the pyrolysis is broken down. As a result, a significant part of the gas cleaning already takes place in the oxidation zone.
  • the floating bed reactor represents the reduction zone in which the actual gasification of the biomass takes place.
  • the solid carbon from the pyrolysis process forms a stable, suspended fixed bed in the reduction reactor. This fixed bed is through through the Oxidation heated gas flows through. As it flows through, the product gas cools down to around 700°C due to endothermic reactions and exits at the top of the reactor. This product gas is enriched with the carbon particles, which are separated in the gas filter 1 connected downstream. The separated carbon particles are the starting material for the production of activated carbon.
  • the product gas is then transported to a gas scrubber and the coal left over from the gasification process is rendered inert with nitrogen in a lock or transfer container 2 and partially cooled. As soon as it leaves the filter, the carbon has a specific BET surface area of between 200 and 300 m 2 /g.
  • the coal is usually mixed with water in a downstream mixer 28.
  • the wet coal powder is then filled into big bags 29 and used as fertilizer/soil treatment.
  • Section 2 the process path according to the invention is listed, in which the wood gasification coal left over from the fuels preferably passes through a further lock.
  • a raw shell heat exchanger 3 is integrated in this sluice, through which the residual heat of the wood gasification coal is dissipated.
  • the barrier 23 in front of the raw shell heat exchanger 3 and the barrier 24 after the raw shell heat exchanger 3 serve as safety aspects and enable a separation between the wood gasification process and the activation processes.
  • This area can be flooded with an inert gas, such as nitrogen, on the one hand to prevent the development of fire and on the other hand to provide a liquid heat transfer medium for dissipating and passing on the thermal energy.
  • This now modified residue is now fed into a carbon activation process.
  • a certain supply of coal is created in the storage tank 4 and this is continuously carried out through the activation process.
  • an inert gas such as nitrogen.
  • the resulting coal is in powder form with an existing particle size range and an existing particle size distribution. It has been found that the activation stage should preferably be started with a maximum particle size of 3 mm. about this To make sure, the upper belt can be separated by means of a screening or classifying system 5 or different fractions can also be classified. In order to enable a complete processing of the feed material, oversizes can be crushed to the required particle sizes with a grinding plant 6 . Conventional grinding systems such as ball mills, impact mills or the like can be used for this purpose. If grain size classification is not necessary, the coal stream can be transported and activated directly.
  • the wood gasification coal is chemically impregnated in section 7 with the help of ultrasound or vacuum. Impregnation is carried out, for example, with phosphoric acid, potassium hydroxide, potassium carbonate, zinc chloride.
  • the impregnation takes place at temperatures between 400 and 1000 °C and in particular at temperatures of 405, 700, 850 and 1000 °C.
  • Impregnating agent and deionized water are mixed in the mixing ratios of 1:1 to 1:5 and are used in particular in the mixing ratios of 1:1, 1:3 and 1:5.
  • the treatment of the impregnation takes place over a period of 0.4 to 2.5 hours, in particular 0.5 to 2 hours.
  • the treated coal is filtered through a filter 8 and dried in a separate dryer 9 or directly in a drying zone in the activation reactor 12.
  • the waste water is either treated in a treatment system 10 and returned to the process or fed into the waste water system.
  • the charcoal In physical activation, the charcoal is brought into contact with an activating agent. Depending on the type of activation, the coal is either pretreated mechanically or fed directly into the activation reactor 12 (e.g. rotary kiln, fluidized bed, fixed bed pulsation reactor) for physical activation.
  • the activation reactor 12 e.g. rotary kiln, fluidized bed, fixed bed pulsation reactor
  • the activating agent is also added in the reactor (e.g. Nz/HzOfg), CO2, COz/HzOfg)), which is preheated by means of a heat exchanger 11 .
  • the physical activation now takes place here at 750 to 950° C., in particular 800 to 875° C. and in particular at 850 °C.
  • the activation times are between 0.5 and 2.5 hours, in particular between 1 and 2 hours.
  • activated carbon with a wide variety of BET surface areas and pore sizes can be produced.
  • the physical activation of the wood gasification carbon further reduces the PAH values, which makes it possible to use the activated carbon produced in the food and animal feed sector.
  • nitrogen can be supplied for complete inerting.
  • the activated carbon is discharged via a sluice system rendered inert with nitrogen (shutoff 25 in front of the raw-shell heat exchanger 13 and the shut-off 26), with residual heat being dissipated here by means of a raw-shell heat exchanger 13 in order to avoid self-ignition.
  • the product is discharged periodically by opening the barrier 27.
  • the product can be suitably upgraded by washing the chemicals from the carbon in the scrubber 15 with water.
  • the washing water is separated off in the filter 16, and the residual moisture that remains in the coal is removed by a downstream dryer 17.
  • Physically activated charcoal is applied directly.
  • a subsequent screening plant 18 enables separation into different products. With this screening plant, 18 activated carbons can be produced in granulate and powder form. To reduce dust and facilitate handling, the carbon powder is optionally mixed with water in a mixer 19 . In a pelletizer 20, activated carbon pellets are produced from the powdered carbon dust.
  • exhaust gas aftertreatment 21 is required (e.g. filter, catalytic converter, post-combustion).
  • the steam contained in the exhaust gas is separated in the downstream exhaust gas condensation 22.
  • the waste heat obtained from this and that from the raw-shell heat exchanger 3 and raw-shell heat exchanger 13 is used to partially preheat the activating agent and the reactor.
  • the advantage of the invention is that the method is more environmentally friendly than conventional methods. No coconut shells are used as raw material for the production of the activated charcoal, which have to be delivered from southern countries like the Philippines, which leads to a reduction of the carbon footprint of this activated charcoal.
  • a residual product which is usually only used with a low value, is upgraded to a valuable and versatile raw material.
  • the process is preferably operated in a network in such a way that improved energy efficiency of the overall process is achieved, since in particular all waste heat can be used for the energy-requiring processes in the method.
  • the invention provides for treating the waste water in some process steps and feeding it back into the process, which also leads to a relief of the environment.

Abstract

The invention relates to a process for producing an activated charcoal from a residue material obtained in a wood gasification process, wherein the starting material used is a wood gasification charcoal obtained in a staged process of gasification of organic fuels and wood with spatial separation of the individual process steps such as pyrolysis, oxidation and reduction, wherein the reduction is conducted in a moving bed reactor, by means of which a fine-grain carbon-rich charcoal is produced, and the wood gasification charcoal thus produced is subsequently sent to activation, wherein the wood gasification charcoal is activated chemically and/or physically, and to an activated charcoal produced by the process, wherein the activated charcoal, after physical activation, has a BET surface area between 500 m2/g and 950 m2/g and, after chemical activation, has a BET surface area between 475 m2/g and 1150 m2/g.

Description

Verfahren zur Herstellung von Aktivkohle und die damit herqestellte Aktivkohle Process for the production of activated charcoal and the activated charcoal produced therewith
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Aktivkohle und die damit hergestellte Aktivkohle. The invention relates to a method for producing activated charcoal and the activated charcoal produced therewith.
Aktivkohle ist eine feinkörnige Kohle in Form eines mikrokristallinen, stark gestörten Graphit mit einer großen inneren Oberfläche, durch die diese als Adsorptionsmittel in der Chemie, Medizin, Wasser- und Abwasserbehandlung sowie Lüftungs- und Klimatechnik eingesetzt wird. Sie kommt als Granulat, als Pulver, in Pelletform oder in Tablettenform gepresst (Kohlekompretten) zum Einsatz. Activated carbon is a fine-grained carbon in the form of a microcrystalline, heavily disturbed graphite with a large internal surface area, thanks to which it is used as an adsorbent in chemistry, medicine, water and waste water treatment, and ventilation and air conditioning technology. It is used as granules, as a powder, in pellet form or pressed into tablets (charcoal compacts).
Aktivkohle besteht überwiegend aus Kohlenstoff (meist > 90 %) mit hochporöser Struktur. Die Poren sind wie bei einem Schwamm offenporig untereinander verbunden. Die innere Oberfläche beträgt zwischen 300 und 2000 m2/g Kohle, damit entspricht die innere Oberfläche von vier Gramm Aktivkohle ungefähr der Fläche eines Fußballfeldes. Die Dichte von Aktivkohle liegt im Bereich von 0,2 bis 0,6 g/m3. Die Porengrößenverteilung der Mikroporen (<2 nm), Mesoporen (2 - 50 nm) und Makroporen (> 50 nm) bestimmt die Adsorptionseigenschaften. Activated carbon consists mainly of carbon (usually > 90%) with a highly porous structure. Like a sponge, the pores are connected to each other with open pores. The inner surface area is between 300 and 2000 m 2 /g carbon, so the inner surface area of four grams of activated carbon corresponds roughly to the area of a soccer field. The density of activated carbon is in the range of 0.2 to 0.6 g/m 3 . The pore size distribution of the micropores (<2 nm), mesopores (2 - 50 nm) and macropores (> 50 nm) determines the adsorption properties.
Makroporen sind Zugangswege für Fluide in das Innere der Kohlen und wesentlich an Diffusions- und Stofftransportvorgängen in tieferliegende Bereiche des Korns beteiligt. Der überwiegende Teil der Adsorption erfolgt an der Oberfläche der Mikroporen. Die Größe dieses Bereichs bestimmt die wirksame Oberfläche und damit die Adsorptionseigenschaften einer Aktivkohle. Macropores are access routes for fluids into the interior of the coals and play a key role in diffusion and mass transport processes into deeper-lying areas of the grain. Most of the adsorption takes place on the surface of the micropores. The size of this area determines the effective surface and thus the adsorption properties of an activated carbon.
Charakterisiert wird die Größe der wirksamen Oberfläche durch die sogenannte BET-Messung, benannt nach den Erfindern Stephen Brunauer, Paul Hugh Emmett und Edward Teller. In diesem Analyseverfahren wird ein Gas (Adsorptiv), häufig flüssiger Stickstoff, über das zu untersuchende Material (Adsorbens) geleitet und aufgrund der Kühlung des flüssigen Stickstoffs wird mit einem Normaldruckgerät unterhalb des Sättigungsdampfdruckes des Messgases die adsorbierte Menge bestimmt (Adsorption). Der Sättigungsdampfdruck des Messgases darf bei dem Analyseverfahren nicht erreicht werden, da sonst eine Kondensation vorliegen würde, die das Messergebnis verfälschen würde. Das anschließende Heizen der Probe löst einen Teil der adsorbierten Gasmenge von der Oberfläche, wodurch eine Adsorptions-Desorptions-Isotherme ermittelt werden kann. Dabei ist die gemessene Menge an adsorbiertem beziehungsweise freiwerdendem Gas proportional zur Oberfläche. The size of the effective surface is characterized by the so-called BET measurement, named after the inventors Stephen Brunauer, Paul Hugh Emmett and Edward Teller. In this analysis method, a gas (adsorptive), often liquid nitrogen, is passed over the material to be examined (adsorbent) and due to the cooling of the liquid nitrogen, a normal pressure device is used to below the saturation vapor pressure of the material measuring gas determines the adsorbed quantity (adsorption). The saturation vapor pressure of the sample gas must not be reached during the analysis process, otherwise condensation would occur, which would falsify the measurement result. Subsequent heating of the sample releases part of the adsorbed amount of gas from the surface, allowing an adsorption-desorption isotherm to be determined. The measured amount of adsorbed or released gas is proportional to the surface.
Aktivkohle wird aus pflanzlichen, tierischen, mineralischen oder petrochemischen Stoffen gewonnen. Als Ausgangsmaterial dienen beispielsweise Holz, Torf, Nussschalen, Kokosfaser, Braun- oder Steinkohle. Activated carbon is obtained from plant, animal, mineral or petrochemical substances. Wood, peat, nut shells, coconut fibre, lignite or hard coal are used as the starting material.
Bei der Gewinnung der Aktivkohle fallen durch unvollständige Verbrennungsprozesse des Ausgangsmaterials sogenannte Polyzyklische Aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) an, bei denen es sich um feste, meist farblose, lipophile Verbindungen handelt, die krebserregend sind. Dementsprechend ist es von Interesse diese Werte in der Aktivkohle gering zu halten. When the activated carbon is extracted, so-called polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are produced as a result of the incomplete combustion processes of the starting material. These are solid, mostly colorless, lipophilic compounds that are carcinogenic. Accordingly, it is of interest to keep these values low in the activated carbon.
Für die Herstellung und Aktivierung von Aktivkohle sind drei Verfahren anwendbar. Die chemische Aktivierung durch Säure, einer starken Base oder einem Salz. Die physikalische Aktivierung durch Erhitzung des Materials zu hohen Temperaturen in einer oxidierenden oder teilweise oxidierenden Umgebung, wobei es sich dabei um Dampf oder Kohlenstoffdioxid in einem beheizten Drehrohrofen oder Wirbelschichtreaktor handelt. Oder eine Verfahrensmethode die eine Kombination aus den ersten beiden darstellt. Three methods can be used for the production and activation of activated carbon. Chemical activation by acid, a strong base, or a salt. The physical activation by heating the material to high temperatures in an oxidizing or partially oxidizing environment, which is steam or carbon dioxide, in a heated rotary kiln or fluidized bed reactor. Or a process method that is a combination of the first two.
Aus der WO 2019 104 382 Al ist ein Verfahren zur Herstellung von Aktivkohle bekannt, bei dem das Ausgangsmaterial aus Holz, Kokosnussschalen oder Kohle in einen ersten Reaktor gegeben wird und pyrolytisch karbonisiertes Material und flüchtiges Gas hergestellt wird. Das flüchtige Gas wird zum Teil zu einer ersten Brennkammer umgeleitet um dort Hitze für den ersten Reaktor zur Verfügung zu stellen. Wobei das entstehende Brenngas der ersten Brennkammer zum Teil zu einem zweiten Reaktor umgeleitet wird, um das Brenngas zur Umwandlung von karbonisierendem Material zu Aktivkohle bereit zu stellen. WO 2019 104 382 A1 discloses a method for producing activated carbon, in which the starting material made of wood, coconut shells or coal is placed in a first reactor and pyrolytically carbonized material and volatile gas are produced. Part of the volatile gas is diverted to a first combustor to provide heat for the first reactor. Part of the resulting fuel gas from the first combustion chamber is diverted to a second reactor in order to provide the fuel gas for converting carbonizing material into activated carbon.
Aus der CN 109 569 512 ist ein Verfahren zur Herstellung von einem modifizierten Aktivkohle Adsorptionsmittel bekannt, bei dem das Ausgangsmaterial aus Holz, Aprikosenschalen, Kokosnussschalen und Palmenschalen zerkleinert, gemahlen, gesiebt, mit deionisiertem Wasser gewaschen und anschließend getrocknet wird. Daraufhin wird das Material mit Mikrowellenstrahlung unter einer Stickstoffatmosphäre behandelt und abschließend mit einer wässrigen 1-5 % igen Zitronensäurelösung imprägniert um modifizierte Aktivkohle zu erhalten. CN 109 569 512 discloses a process for producing a modified activated carbon adsorbent, in which the starting material made of wood, apricot shells, coconut shells and palm shells is crushed, ground, sieved, washed with deionized water and then dried. Then the material with Microwave radiation treated under a nitrogen atmosphere and finally impregnated with an aqueous 1-5% citric acid solution to obtain modified activated carbon.
In der US 2016 005 92 11 ist ein Verfahren zur Verbesserung, Charakterisierung und zum Testen von Aktivkohle beschrieben. Als Ausgangsstoff wird eine Kokosnussschalen basierte Aktivkohle verwendet und diese durch unterschiedliche Behandlungen aktiviert um mesoporöser zu werden. Das verwendete Ausgangsmaterial besitzt 95 % Mikroporen und 5 % Mesoporen. Durch eine Behandlung mit einem wässrigen Calcium-basierten Katalysator wird eine katalysiert imprägnierte Aktivkohle hergestellt, die bei einer Pyrolysetemperatur aufgeheizt wird bis eine Struktur von 10 % Mesoporen entsteht. US 2016 005 92 11 describes a method for improving, characterizing and testing activated carbon. Activated carbon based on coconut shells is used as the starting material and activated by various treatments to become more mesoporous. The starting material used has 95% micropores and 5% mesopores. A catalyzed impregnated activated carbon is produced by treatment with an aqueous calcium-based catalyst, which is heated at a pyrolysis temperature until a structure of 10% mesopores is formed.
Bekannte Herstellungsverfahren haben den Nachteil, dass das Ausgangsmaterial aus Kokosnussschalen besteht, die meist aus den Philippinen zum Produktionsort transportiert werden und somit die Herstellung von Aktivkohle einen großen CCh-Fußabdruck erzeugt. Außerdem sind die Prozessschritte oft nicht so aufeinander abgestimmt, dass eine Entlastung der Umwelt erzeugt wird. Known manufacturing processes have the disadvantage that the starting material consists of coconut shells, which are usually transported to the production site from the Philippines and thus the production of activated carbon creates a large CCh footprint. In addition, the process steps are often not coordinated in such a way that the environment is relieved.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von Aktivkohle bereit zu stellen, dessen Ausgangsmaterialen lokal verfügbar sind, aus einem Reststoff erzeugt werden und so nicht extra für die Herstellung einer Aktivkohle Pflanzenmaterial aufgebracht werden muss und dessen Herstellungsprozessschritte Wiederverwertungsschritte aufweisen um die Umwelt zu entlasten. The object of the invention is to provide a method for producing activated charcoal, the starting materials of which are locally available, are produced from a residue and so plant material does not have to be applied separately for the production of activated charcoal, and whose production process steps have recycling steps in order to relieve the burden on the environment .
Die Aufgabe wird mit dem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. The object is achieved with the method having the features of claim 1.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den hiervon abhängigen Unteransprüchen gekennzeichnet. Advantageous developments are characterized in the subclaims dependent thereon.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine entsprechende Aktivkohle herzustellen, die effektiver und nachhaltiger erzeugt ist und eine vergrößerte BET-Oberfläche und niedrige PAK Werte aufweist. Another object of the invention is to produce a corresponding activated carbon that is produced more effectively and sustainably and has an increased BET surface area and low PAH values.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 17 gelöst. Die Erfinder haben erkannt, dass ein Reststoff, der bei einem Holzvergasungsprozess für die Herstellung von Biogas zur Erzeugung von Strom und Wärme anfällt und zwar die Restkohle, die normalerweise am Ende des Prozesses mit Wasser zur Staubvermeidung vermengt und in Big Bags abgefüllt wird, als ein Ausgangsmaterial für die Produktion von Aktivkohle genutzt werden kann und somit dieser Reststoff einer Aufwertung zugeführt werden kann. The object is achieved with the features of claim 17. The inventors have recognized that a residue that occurs in a wood gasification process for the production of biogas to generate electricity and heat, namely the residual coal, which is normally mixed with water at the end of the process to avoid dust and filled into big bags, as a Starting material can be used for the production of activated carbon and thus this residue can be fed to an upgrading.
Die Herstellung der Restkohle beruht auf einem gestuften Vergasungsverfahren mit einer räumlichen bzw. regelungstechnischen Trennung der einzelnen Prozessschritte wie Pyrolyse, Oxidation und Reduktion. Die Trennung ermöglicht eine individuelle Regelbarkeit der Verfahrensgegebenheiten. The production of the residual coal is based on a staged gasification process with a spatial and control-technical separation of the individual process steps such as pyrolysis, oxidation and reduction. The separation enables individual controllability of the process conditions.
Im ersten Verfahrensschritt wird getrocknete Biomasse aus organischem Pflanzenmaterial wie Hackgut, Strauchgut, Waldrestholz und Altholz in einer Pyrolyse durch Zugabe von Luft verbrannt bei Temperaturen von ca. 450 - 500 °C. Durch die hohen Temperaturen wird die eingebrachte Biomasse in ihre festen, flüssigen und gasförmigen Bestandteile zerlegt. Das während der Pyrolyse erzeugte Gas weist einen noch hohen Anteil an Teeren auf. In the first step of the process, dried biomass from organic plant material such as wood chips, shrubbery, forest residues and waste wood is burned in a pyrolysis process by adding air at temperatures of approx. 450 - 500 °C. Due to the high temperatures, the introduced biomass is broken down into its solid, liquid and gaseous components. The gas produced during pyrolysis still has a high proportion of tars.
Die Pyrolyseprodukte werden anschließend in einen Reduktionsreaktor, dem sogenannten Schwebebettreaktor, gegeben. Bei diesem Reaktor handelt es sich um eine besondere Schwebefestbetttechnologie. Bei klassischen Festbettreaktoren wirkt die Schwerkraft und die Gasströmung nach unten, wodurch eine zunehmende Verdichtung des Reaktorinhalts verursacht wirkt. The pyrolysis products are then fed into a reduction reactor, the so-called fluidized bed reactor. This reactor is a special floating fixed bed technology. In classic fixed-bed reactors, gravity and the gas flow act downwards, causing the reactor contents to become increasingly compacted.
Bei dem Schwebebettreaktor wirken diese Kräfte entgegengesetzt. Dadurch bleibt die Biokohleschüttung im Vergaser stets ideal gelockert und gut durchlässig, unabhängig von der vorherigen Struktur des Hackgutes. Durch diese Art der Vergasung entsteht nahezu kein Teer und Fremdkörper in der vergasten Kohle. Verschlackungen sind durch den aufwärts gerichteten Betrieb mühelos am Fuße des Schwebebettreaktors abziehbar. Zusätzlich entsteht statt Asche als Nebenprodukt hochwertige Holzvergaserkohle bzw. Biokohle, bei der durch die spezielle Behandlung mehr CO2 in der Biokohle gespeichert bleibt als bei konventionellen Holzvergasungsprozessen. Wodurch die Holzvergaserkohle einen hohen Kohlenstoffgehalt aufweist und durch eine direkte Aktivierung zu Aktivkohle modifiziert werden kann. In the floating bed reactor, these forces act in opposite directions. As a result, the biochar heap in the gasifier always remains ideally loosened and well permeable, regardless of the previous structure of the wood chips. This type of gasification produces almost no tar and foreign bodies in the gasified coal. Due to the upward operation, slag deposits can be easily removed at the foot of the floating bed reactor. In addition, instead of ash, high-quality wood gasification charcoal or biochar is produced as a by-product, in which more CO2 remains stored in the biochar than in conventional wood gasification processes due to the special treatment. As a result, the wood gasification charcoal has a high carbon content and can be modified to activated charcoal by direct activation.
Die Oxidation findet am Eingang des Reduktionsreaktors statt. In der Oxidationszone werden die Bestandteile aus der Pyrolyse durch eine weitere Zugabe von Luft teilweise verbrannt. Durch die so entstehenden hohen Temperaturen von bis zu 900°C wird nahezu der gesamte Teeranteil aus der Pyrolyse aufgespalten (gecrackt). Dadurch findet ein wesentlicher Teil der Gasreinigung bereits in der Oxidationszone statt. The oxidation takes place at the entrance of the reduction reactor. In the oxidation zone, the components from the pyrolysis are partially burned by adding more air. Due to the resulting high temperatures of up to 900°C, almost the entire tar content from the pyrolysis is split (cracked). As a result, a significant part of the gas cleaning already takes place in the oxidation zone.
In der Reduktionszone erfolgt die eigentliche Vergasung der Biomasse. Der feste Kohlenstoff aus dem Pyrolyseprozess bildet im Reduktionsreaktor ein stabiles, in Schwebe gehaltenes Festbett. Dieses Festbett wird durch das durch die Oxidation erhitzte Gas durchströmt. Während des Durchströmens kühlt das Produktgas bedingt durch endotherme Reaktionen auf circa 700°C ab und tritt an der Oberseite des Reaktors aus. Dieses Produktgas ist mit den Kohlepartikeln angereichert, die in dem nachgeschalteten Filterverfahren abgeschieden werden. The actual gasification of the biomass takes place in the reduction zone. The solid carbon from the pyrolysis process forms a stable, suspended fixed bed in the reduction reactor. The gas heated by the oxidation flows through this fixed bed. As it flows through, the product gas cools down to around 700°C due to endothermic reactions and exits at the top of the reactor. This product gas is enriched with the carbon particles that are separated out in the downstream filter process.
Bei den abgeschiedenen Kohlepartikeln handelt es sich um den Ausgangsstoff für die Herstellung der Aktivkohle. Diese Kohlepartikel bzw. diese Restkohle eignet sich für die Herstellung einer Aktivkohle besonders, weil durch die hohen Temperaturen in der Oxidationszone von bis zu 900°C die Anreicherung von Polyzyklischen Aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAK) gering ausfällt. The separated carbon particles are the starting material for the production of activated carbon. These charcoal particles or residual charcoal are particularly suitable for the production of activated charcoal because the high temperatures in the oxidation zone of up to 900° C. mean that the accumulation of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) is low.
Außerdem weist die als Ausgangsstoff für die Aktivkohle verwendete Holzvergaserkohle den Vorteil auf, dass die Kohle nach dem Vergasungsprozess in einer homogenen Pulverform vorliegt, relativ wenige flüchtige Bestandteile besitzt (ca. 10 %) und einen Kohlenstoffgehalt von 80 % aufweist. Durch die relativ homogene Pulverform ist der Aufbereitungsaufwand für die Aktivierung zur Aktivkohle geringer als bei einem herkömmlichen Herstellungsverfahren einer Aktivkohle aus einem anderen Ausgangsstoff. Dadurch ist der Herstellungsprozess energiesparend und es wird ein Reststoff veredelt, der normalerweise nur zur Briketterzeugung verwendet wurde. In addition, the wood gasification charcoal used as the starting material for the activated charcoal has the advantage that the charcoal is in a homogeneous powder form after the gasification process, has relatively few volatile components (approx. 10%) and has a carbon content of 80%. Due to the relatively homogeneous powder form, the processing effort for activation to activated carbon is lower than with a conventional production process for activated carbon from a different starting material. As a result, the manufacturing process saves energy and a residue is refined that was normally only used to produce briquettes.
In der vorliegenden Erfindung wird die Holzvergaserkohle statt für die Briketterzeugung durch Aktivierungsprozesse zu Aktivkohle verfeinert. Somit werden zwei schon bekannte Prozesse wie ein Holzvergasungsprozess zur Herstellung von Biogas und die Aktivierung von Aktivkohle genutzt und ein erfindungsgemäßer Zwischenschritt eingeführt. Dadurch wird das lokal verfügbare Pflanzenmaterial noch effizienter verwertet. In the present invention, the wood gasification charcoal is refined into activated charcoal by activation processes instead of for briquette production. Thus, two already known processes such as a wood gasification process for the production of biogas and the activation of activated carbon are used and an intermediate step according to the invention is introduced. As a result, the locally available plant material is utilized even more efficiently.
Die Holzvergaserkohle wird bei diesem Zwischenschritt nicht mit Wasser vermengt und abgefüllt, sondern die Restwärme der Kohle wird in einem Rohmantelwärmetauscher abgeführt. Zusätzlich wird diese Restwärme zumindest teilweise genutzt um die Aktivierungsmittel und die Reaktoren vorzuwärmen und gewährleistet somit eine thermische Rückkopplung. Dieser Zwischenschritt macht ein neues Ausgangsmaterial für die Herstellung von Aktivkohle zugänglich, welches lokal vorliegt und nicht mit hohen Transportkosten belastet ist. In this intermediate step, the wood gasification coal is not mixed with water and bottled, but the residual heat of the coal is transferred to a raw shell heat exchanger taken away. In addition, this residual heat is at least partially used to preheat the activation means and the reactors, thus ensuring thermal feedback. This intermediate step makes available a new starting material for the production of activated carbon, which is available locally and is not burdened with high transport costs.
Die Kokosnussschalen, die üblicherweise für die großindustrielle Erzeugung von Aktivkohle verwendet werden, werden aus südlichen Ländern, häufig aus den Philippen, zum Produktionsort angeliefert, was zu weiten Transportwegen und einer hohen CO2 Belastung führt. Der Erfinder hat erkannt, dass der lokal vorliegende Reststoff aus dem speziellen Holzvergasungsprozess sich besonders für die Aktivierung zur Aktivkohle eignet. Da in der heutigen Zeit auf nachhaltige Produkte Wert gelegt wird, die in der Produktion eine geringere Umweltbelastung aufweisen, hat der Erfinder neben der technisch hervorragenden Eignung des modifizierten Reststoffes einen zusätzlichen Nutzen geschaffen. Somit legt das Ausgangsmaterial dieser Erfindung keine enorme Transportdistanz zurück, stattdessen wird durch einen Kohleaktivierungsprozess das Restprodukt einer Holzvergasungsanlage wiederverwertet. The coconut shells, which are usually used for the large-scale production of activated carbon, are delivered to the production site from southern countries, often from the Philippines, which leads to long transport routes and a high CO2 load. The inventor has recognized that the locally present residue from the special wood gasification process is particularly suitable for activation into activated carbon. Since today value is placed on sustainable products that have a lower environmental impact during production, the inventor has created an additional benefit in addition to the technically excellent suitability of the modified residue. Thus, the starting material of this invention does not cover a huge transport distance, instead the residual product of a wood gasification plant is recycled through a charcoal activation process.
Zusätzlich sieht die Erfindung vor, in einigen Prozessschritten das Abwasser aufzubereiten und dem Prozess erneut zuzuführen, was zusätzlich zu einer Entlastung der Umwelt führt. In addition, the invention envisages treating the waste water in some process steps and feeding it back into the process, which also leads to a reduction in the burden on the environment.
Aus der CN 109 160 512 ist ein Reststoff aus einer Biomassevergasung bekannt, der für die Aktivkohleherstellung verwendet wird. Die Aufbereitung dieses Reststoffs vor der Aktivierung zur Aktivkohle ist aufwendig. Der verwendete Reststoff für die Aktivkohleaktivierung liegt in der vorliegenden Erfindung ursprünglich in homogener Pulverform vor, hat relativ wenige flüchtige Bestandteile (ca. 10 %) und einen Kohlenstoffgehalt von 80 %. Dadurch kann der vorliegende Reststoff sofort für eine Aktivierung zur Aktivkohle verwendet werden und kann nur noch optional mechanisch durch eine Siebanlage in unterschiedliche Fraktionen gesiebt und/oder durch die Mahlanlage auf die erforderlichen Partikelgrößen zerkleinert werden. Der Reststoff aus der CN 109 160 512 muss mehrere Vorlaufprozessschritte durchlaufen bevor eine physikalische Aktivierung zur Aktivkohle möglich ist. Das Rohmaterial wird mit einem Hochtemperaturbindungsmittel und einem Aktivierungshilfsmittel vermengt und anschließend geknetet. Daraufhin wird ein Normaltemperaturbindungsmittels hinzugefügt und die ganze Mischung nochmal geknetet. Nach einer anschließenden Extrusion der Masse wird diese getrocknet, bevor sie in den Vergasungsreaktor gegeben wird. Alle diese Aufbereitungsschritte sind in der vorliegenden Erfindung nicht nötig. CN 109 160 512 discloses a residue from biomass gasification which is used for producing activated carbon. The processing of this residue before activation to activated carbon is expensive. In the present invention, the residue used for the activated carbon activation is originally in homogeneous powder form, has relatively few volatile components (approx. 10%) and a carbon content of 80%. As a result, the existing residue can be used immediately for activation to activated carbon and can only optionally be mechanically sieved into different fractions by a screening plant and/or crushed to the required particle sizes by the grinding plant. The residue from CN 109 160 512 has to go through several preliminary process steps before it can be physically activated into activated carbon. The raw material is mixed with a high-temperature binder and an activation aid, and then kneaded. Then, a normal temperature binder is added and the whole mixture is kneaded again. After a subsequent extrusion of the mass, it is dried before being fed into the gasification reactor. All of these preparation steps are not necessary in the present invention.
In der vorliegenden Erfindung wird lokal verfügbares organisches Pflanzenmaterial wie Hackgut, Strauchgut, Schnittholz aus der Wald- und Landschaftspflege, Sturmholz und von Schädlingen befallenes Holz in einem Holzvergasungsprozess umgewandelt und die Restwärme der entstandenen Kohle in einem Rohmantelwärmetauscher abgeführt. Der in dem Holzvergasungsprozess anfallende Reststoff kann direkt durch Aktivierungsschritte zur Aktivkohle aktiviert werden. In the present invention, locally available organic plant material such as wood chips, shrubbery, sawn timber from forest and landscape maintenance, windblown wood and wood infested with pests is converted in a wood gasification process and the residual heat of the resulting coal is removed in a raw shell heat exchanger. The residual material that accumulates in the wood gasification process can be directly activated by activation steps to form activated carbon.
Die Erfindung betrifft somit insbesondere ein Verfahren zum Herstellen einer Aktivkohle aus einem Reststoff der bei einem Holzvergasungsprozess anfällt, dadurch gekennzeichnet, dass als Ausgangsprodukt eine Holzvergaserkohle verwendet wird, welche bei einem gestuften Vergasungsverfahren von organischen Brennstoffen und Holz mit einer räumlichen Trennung der einzelnen Prozessschritte wie Pyrolyse, Oxidation und Reduktion anfällt, wobei die Reduktion in einem Schwebebettreaktor durchgeführt wird, wodurch eine feinkörnige, kohlenstoffreiche Kohle erzeugt wird und die so erzeugte Holzvergaserkohle nachfolgend einer Aktivierung zugeführt wird, wobei die Holzvergaserkohle chemisch und/oder physikalisch aktiviert wird. The invention thus relates in particular to a method for producing an activated charcoal from a residue that occurs in a wood gasification process, characterized in that a wood gasification charcoal is used as the starting product, which in a staged gasification process of organic fuels and wood with a spatial separation of the individual process steps such as pyrolysis , Oxidation and reduction occurs, with the reduction being carried out in a fluidized bed reactor, whereby a fine-grained, carbon-rich char is produced and the wood gasification char produced in this way is subsequently supplied to an activation, with the wood gasification char being chemically and/or physically activated.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass eine chemische Aktivierung der Kohle mittels Ultraschall oder Vakuum durch ein Imprägniermittel erfolgt, wobei es sich bei dem Imprägniermittel um Phosphorsäure, Kaliumhydroxid, Kaliumcarbonat oder Zinkchlorid handelt. One embodiment provides that the carbon is chemically activated by means of ultrasound or vacuum by means of an impregnating agent, the impregnating agent being phosphoric acid, potassium hydroxide, potassium carbonate or zinc chloride.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Imprägnierung bei Temperaturen zwischen 400 und 1000 °C und insbesondere bei Temperaturen von 405, 700, 850 und 1000 °C erfolgt. One embodiment provides that the impregnation takes place at temperatures between 400 and 1000°C and in particular at temperatures of 405, 700, 850 and 1000°C.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass Imprägniermittel und entionisiertes Wasser in den Mischungsverhältnissen von 1: 1 bis 1:5 gemischt werden und insbesondere in den Mischungsverhältnissen 1: 1, 1:3 und 1:5 verwendet werden. One embodiment provides that the impregnating agent and deionized water are mixed in the mixing ratios of 1:1 to 1:5 and, in particular, are used in the mixing ratios of 1:1, 1:3 and 1:5.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Behandlung der Imprägnierung über einen Zeitraum von 0,4 bis 2,5 Stunden, insbesondere 0,5 bis 2 Stunden erfolgt. One embodiment provides that the treatment of the impregnation takes place over a period of 0.4 to 2.5 hours, in particular 0.5 to 2 hours.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass nach der Imprägnierung die behandelte Kohle durch einen Filter abgefiltert und in einem Trockner getrocknet wird, wobei das Abwasser entweder in einem Aufbereitungssystem aufbereitet und dem Prozess erneut zugeführt wird oder in ein Abwassersystem geleitet wird. One embodiment provides that after the impregnation, the treated carbon is filtered off through a filter and dried in a dryer, with the waste water either treated in a treatment system and fed back into the process or discharged into a waste water system.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass bei der physikalischen Aktivierung das Aktivierungsmittel in den Aktivierungsreaktor gegeben und mittels eines Wärmetauschers vorgewärmt wird. One embodiment provides that, during the physical activation, the activating agent is placed in the activation reactor and preheated by means of a heat exchanger.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Aktivierungsmittel IXh/FWCg), CO2 oder COz/tWCg) sind. One embodiment provides that the activating agents are IXh/FWCg), CO2 or COz/tWCg).
Eine Ausführungsform sieht vor, dass die physikalische Aktivierung bei 750 bis 950 °C, insbesondere 800 bis 875 °C und insbesondere bei 850 °C erfolgt. Die Aktivierungszeiten liegen zwischen 0,5 und 2,5 Stunden, insbesondere zwischen 1 und 2 Stunden. One embodiment provides that the physical activation takes place at 750 to 950°C, in particular 800 to 875°C and in particular at 850°C. The activation times are between 0.5 and 2.5 hours, in particular between 1 and 2 hours.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Holzvergaserkohle vor der chemischen oder physikalischen Aktivierung mechanisch durch einen oder mehrere der Schritte Absieben, Sichten, Klassieren, Mahlen vorbehandelt wird. One embodiment provides that the wood gasification charcoal is mechanically pretreated before chemical or physical activation by one or more of the following steps: sieving, sifting, classifying, grinding.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass vorzugweise eine maximale Partikelgröße von 3 mm eingestellt wird. One embodiment provides that a maximum particle size of 3 mm is preferably set.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass Partikel oberhalb einer gewünschten Maximalkorngröße auf die erforderlichen Partikelgröße zerkleinert werden. One embodiment provides that particles above a desired maximum grain size are crushed to the required particle size.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Holzvergaserkohle am Ende des Holvergasungsprozesses und vor der Aktivierung durch einen Gasfilter aus dem Rohgasstrom gefiltert und über ein Schleusensystem, das gleichzeitig einen Übergangsbehälter darstellt, abgekühlt und mit einem inerten Fluid, insbesondere einem inerten Gas wie Stickstoff inertisiert wird. One embodiment provides that the wood gasification charcoal is filtered from the raw gas stream at the end of the wood gasification process and before activation by a gas filter and is cooled via a lock system, which at the same time represents a transition container, and rendered inert with an inert fluid, in particular an inert gas such as nitrogen.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Holzvergaserkohle vor der Aktivierung als Zwischenschritt durch eine weitere Schleuse geführt wird, die gleichzeitig einen Rohmantelwärmetauscher darstellt, in dem die vorhandene Restwärme abgeführt wird. Eine Ausführungsform sieht vor, dass die im Rohmantelwärmetauscher gewonnene Abwärme nachfolgenden oder vorherigen Prozessschritten des Verfahrens zugeführt wird, insbesondere zum Vorheizen der Aktivierungsmittel und des Aktivierungsreaktors. One embodiment provides that the wood gasification charcoal is passed through a further lock as an intermediate step before activation, which at the same time represents a raw shell heat exchanger in which the residual heat present is dissipated. One embodiment provides that the waste heat obtained in the raw shell heat exchanger is fed to subsequent or previous process steps of the method, in particular for preheating the activation means and the activation reactor.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass in einem Vorlagespeicher die Holzvergaserkohle zwischengespeichert wird, um eine vergleichmäßigte, kontinuierliche Zuführung für den Aktivierungsprozess zu gewährleisten. One embodiment provides that the wood gasification charcoal is temporarily stored in a reservoir in order to ensure a uniform, continuous supply for the activation process.
Ein weitere Aspekt der Erfindung betrifft eine Aktivkohle, hergestellt mit einem Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 16 aus Holzvergaserkohle, wobei die Aktivkohle nach der physikalischen Aktivierung eine BET Oberflächen zwischen 500 m2/g und 950 m2/g aufweist und nach der chemischen Aktivierung eine BET Oberfläche zwischen 475 m2/g und 1150 m2/g aufweist. A further aspect of the invention relates to an activated charcoal produced from wood gasification charcoal using a method according to claims 1 to 16, the activated charcoal having a BET surface area between 500 m 2 /g and 950 m 2 /g after physical activation and after chemical activation has a BET surface area between 475 m 2 /g and 1150 m 2 /g.
Die Erfindung wird beispielhaft anhand einer Zeichnung erläutert. Es zeigen dabei: The invention is explained by way of example using a drawing. They show:
Figur 1: Stand der Technik und erfindungsgemäßer Verfahrensweg FIG. 1: Prior art and method according to the invention
Figur 1 führt zu Beginn des Verfahrensweges, in Sektion Sl, den aktuellen Stand der Technik auf, in dem in einem Holvergasungsprozess das Brenngut wie Hackgut, Waldrestholz, Altholz und Pflanzenmaterial in einem gestuften Verfahrungsverfahren mit einer räumlichen Trennung der einzelnen Prozessschritte wie Pyrolyse, Oxidation und Reduktion umgewandelt wird. At the beginning of the process, in section Sl, Figure 1 shows the current state of the art, in which, in a wood gasification process, the combustible material such as wood chips, residual forest wood, waste wood and plant material is processed in a staged process with a spatial separation of the individual process steps such as pyrolysis, oxidation and reduction is converted.
In der Pyrolyse entsteht durch geminderte Zugabe von Luft bei Temperaturen von 450 - 500 °C eine Teilverbrennung des Pflanzenmaterials zu Koks und Pyrolysegas. In the pyrolysis, the reduced addition of air at temperatures of 450 - 500 °C results in a partial combustion of the plant material to form coke and pyrolysis gas.
Die Pyrolyseprodukte werden anschließend in einen speziellen Schwebebettreaktor gegeben, wobei die Oxidation am Eingang des Reduktionsreaktors stattfindet. In der Oxidationszone werden die Bestandteile aus der Pyrolyse durch eine weitere Zugabe von Luft teilweise verbrannt. Durch die so entstehenden hohen Temperaturen von bis zu 900°C wird nahezu der gesamte Teeranteil aus der Pyrolyse aufgespalten. Dadurch findet ein wesentlicher Teil der Gasreinigung bereits in der Oxidationszone statt. The pyrolysis products are then fed into a special floating bed reactor, with the oxidation taking place at the entrance to the reduction reactor. In the oxidation zone, the components from the pyrolysis are partially burned by adding more air. Due to the resulting high temperatures of up to 900°C, almost the entire tar content from the pyrolysis is broken down. As a result, a significant part of the gas cleaning already takes place in the oxidation zone.
Der Schwebebettreaktor stellt die Reduktionszone dar, in der die eigentliche Vergasung der Biomasse erfolgt. Der feste Kohlenstoff aus dem Pyrolyseprozess bildet im Reduktionsreaktor ein stabiles, in Schwebe gehaltenes Festbett. Dieses Festbett wird durch das durch die Oxidation erhitzte Gas durchströmt. Während des Durchströmens kühlt das Produktgas bedingt durch endotherme Reaktionen auf circa 700°C ab und tritt an der Oberseite des Reaktors aus. Dieses Produktgas ist mit den Kohlepartikeln angereichert, die in dem nachgeschalteten Gasfilter 1 abgeschieden werden. Bei den abgeschiedenen Kohlepartikeln handelt es sich um den Ausgangsstoff für die Herstellung der Aktivkohle. The floating bed reactor represents the reduction zone in which the actual gasification of the biomass takes place. The solid carbon from the pyrolysis process forms a stable, suspended fixed bed in the reduction reactor. This fixed bed is through through the Oxidation heated gas flows through. As it flows through, the product gas cools down to around 700°C due to endothermic reactions and exits at the top of the reactor. This product gas is enriched with the carbon particles, which are separated in the gas filter 1 connected downstream. The separated carbon particles are the starting material for the production of activated carbon.
Das Produktgas wird daraufhin zu einem Gaswäscher transportiert und die im Vergasungsprozess übriggebliebene Kohle wird in einer Schleuse bzw. Übergabebehälter 2 mit Stickstoff inertisiert und teilweise abgekühlt. Die Kohle weist ab Verlassen des Filters eine spezifische BET-Oberfläche zwischen 200 und 300 m2/g auf. The product gas is then transported to a gas scrubber and the coal left over from the gasification process is rendered inert with nitrogen in a lock or transfer container 2 and partially cooled. As soon as it leaves the filter, the carbon has a specific BET surface area of between 200 and 300 m 2 /g.
Üblicherweise folgt im bekannten Stand der Technik eine Vermengung der Kohle mit Wasser in einem nachgeschalteten Mischer 28. Das nasse Kohlepulver wird daraufhin in Big Bags 29 abgefüllt und der Verwendung als Dünger /Bodenaufbereitung zugeführt. In the known state of the art, the coal is usually mixed with water in a downstream mixer 28. The wet coal powder is then filled into big bags 29 and used as fertilizer/soil treatment.
In Sektion 2 wird der Verfahrensweg gemäß der Erfindung aufgeführt, in dem die aus den Brennstoffen übriggebliebene Holzvergaserkohle vorzugsweise eine weitere Schleuse durchläuft. In dieser Schleuse ist ein Rohmantelwärmetauscher 3 integriert, durch den die vorhandene Restwärme der Holzvergaserkohle abgeführt wird. In Section 2, the process path according to the invention is listed, in which the wood gasification coal left over from the fuels preferably passes through a further lock. A raw shell heat exchanger 3 is integrated in this sluice, through which the residual heat of the wood gasification coal is dissipated.
Die Absperrung 23 vor dem Rohmantelwärmetauscher 3 und die Absperrung 24 nach dem Rohmantelwärmetauscher 3 dienen als sicherheitstechnische Aspekte und ermöglichen eine Abtrennung zwischen dem Holzvergasungsprozess sowie den Aktivierungsprozessen. Mittels eines Inertgases, wie z.B. Stickstoff kann dieser Bereich geflutet werden, um einerseits Brandentwicklung zu vermeiden und andererseits ein flüssiges Wärmeträgermedium zum Abführen und weiterleiten der Wärmeenergie zur Verfügung zu stellen. Dieser nun modifizierte Reststoff wird nun einem Kohleaktivierungsprozess zugeführt. The barrier 23 in front of the raw shell heat exchanger 3 and the barrier 24 after the raw shell heat exchanger 3 serve as safety aspects and enable a separation between the wood gasification process and the activation processes. This area can be flooded with an inert gas, such as nitrogen, on the one hand to prevent the development of fire and on the other hand to provide a liquid heat transfer medium for dissipating and passing on the thermal energy. This now modified residue is now fed into a carbon activation process.
Im Vorlagespeicher 4 wird ein gewisser Kohlevorrat angelegt und dieser wird kontinuierlich durch den Aktivierungsprozess geführt. Auch hier ist es möglich, den Anlagenabschnitt mit einem Inertgas, wie z.B. Stickstoff zu inertisieren. A certain supply of coal is created in the storage tank 4 and this is continuously carried out through the activation process. Here, too, it is possible to render the system section inert with an inert gas such as nitrogen.
Die anfallende Kohle liegt pulverförmig vor mit einem bestehenden Kornband und einer bestehenden Korngrößenverteilung. Es hat sich herausgestellt, dass vorzugsweise mit einer maximalen Partikelgröße von 3 mm in die Aktivierungsstufe gegangen werden sollte. Um dies sicher zu stellen, kann mittels einer Sieb- oder Sichteranlage 5 das Oberband abgetrennt werden oder auch unterschiedliche Fraktionen klassiert werden. Um eine vollumfängliche Verarbeitung des Aufgabegutes zu ermöglichen, können Übergrößen mit einer Mahlanlage 6 auf die erforderlichen Partikelgrößen zerkleinert werden. Hierzu können übliche Mahlanlagen wie z.B. Kugelmühlen, Prallmühlen oder dergleichen eingesetzt werden. Wenn keine Korngrößenklassierung notwendig ist, kann der Kohlestrom direkt weiterbefördert und aktiviert werden. The resulting coal is in powder form with an existing particle size range and an existing particle size distribution. It has been found that the activation stage should preferably be started with a maximum particle size of 3 mm. about this To make sure, the upper belt can be separated by means of a screening or classifying system 5 or different fractions can also be classified. In order to enable a complete processing of the feed material, oversizes can be crushed to the required particle sizes with a grinding plant 6 . Conventional grinding systems such as ball mills, impact mills or the like can be used for this purpose. If grain size classification is not necessary, the coal stream can be transported and activated directly.
Anschließend erfolgt eine chemische und/oder physikalische Aktivierung der Kohle. This is followed by chemical and/or physical activation of the charcoal.
Nachfolgend wird auf die chemische Aktivierung eingegangen. Die Holzvergaserkohle wird im Abschnitt 7 chemisch mit Hilfe von Ultraschall oder Vakuum imprägniert. Die Imprägnierung erfolgt zum Beispiel mit Phosphorsäure, Kaliumhydroxid, Kaliumcarbonat, Zinkchlorid. Chemical activation is discussed below. The wood gasification coal is chemically impregnated in section 7 with the help of ultrasound or vacuum. Impregnation is carried out, for example, with phosphoric acid, potassium hydroxide, potassium carbonate, zinc chloride.
Die Imprägnierung erfolgt bei Temperaturen zwischen 400 und 1000 °C und insbesondere bei Temperaturen von 405, 700, 850 und 1000 °C. The impregnation takes place at temperatures between 400 and 1000 °C and in particular at temperatures of 405, 700, 850 and 1000 °C.
Imprägniermittel und entionisiertes Wasser werden in den Mischungsverhältnissen vonl: l bis 1:5 gemischt und insbesondere in den Mischungsverhältnissen 1: 1, 1:3 und 1:5 verwendet. Impregnating agent and deionized water are mixed in the mixing ratios of 1:1 to 1:5 and are used in particular in the mixing ratios of 1:1, 1:3 and 1:5.
Die Behandlung der Imprägnierung erfolgt über einen Zeitraum von 0,4 bis 2,5 Stunden, insbesondere 0,5 bis 2 Stunden. Nach der Behandlungsdauer wird die behandelte Kohle durch einen Filter 8 abgefiltert und in einem separaten Trockner 9 oder direkt in einer Trocknungszone im Aktivierungsreaktor 12 getrocknet. Das Abwasser wird entweder in einem Aufbereitungssystem 10 aufbereitet und dem Prozess erneut zugeführt oder in das Abwassersystem geleitet. The treatment of the impregnation takes place over a period of 0.4 to 2.5 hours, in particular 0.5 to 2 hours. After the treatment period, the treated coal is filtered through a filter 8 and dried in a separate dryer 9 or directly in a drying zone in the activation reactor 12. The waste water is either treated in a treatment system 10 and returned to the process or fed into the waste water system.
Bei der physikalischen Aktivierung wird die Kohle mit einem Aktivierungsmittel in Kontakt gebracht. Wobei je nach Art der Aktivierung die Kohle entweder mechanisch vorbehandelt oder direkt in den Aktivierungsreaktor 12 (Bsp. Drehrohrofen, Wirbelschicht-, Festbett- Pulsationsreaktor) für die physikalische Aktivierung eingeschleust wird. In physical activation, the charcoal is brought into contact with an activating agent. Depending on the type of activation, the coal is either pretreated mechanically or fed directly into the activation reactor 12 (e.g. rotary kiln, fluidized bed, fixed bed pulsation reactor) for physical activation.
Die Zugabe des Aktivierungsmittels erfolgt ebenfalls im Reaktor (Bsp. Nz/HzOfg), CO2, COz/HzOfg)), welches mittels Wärmetauscher 11 vorgewärmt wird. Hier erfolgt nun die physikalische Aktivierung bei 750 bis 950 °C, insbesondere 800 bis 875 °C und insbesondere bei 850 °C. Die Aktivierungszeiten liegen zwischen 0,5 und 2,5 Stunden, insbesondere zwischen 1 und 2 Stunden. The activating agent is also added in the reactor (e.g. Nz/HzOfg), CO2, COz/HzOfg)), which is preheated by means of a heat exchanger 11 . The physical activation now takes place here at 750 to 950° C., in particular 800 to 875° C. and in particular at 850 °C. The activation times are between 0.5 and 2.5 hours, in particular between 1 and 2 hours.
In Abhängigkeit unterschiedlicher Prozessparameter können somit Aktivkohlen mit unterschiedlichsten BET Oberflächen und Porengrößen hergestellt werden. Zudem erfolgt durch die physikalische Aktivierung der Holzvergaserkohle eine weitere Reduzierung der PAK Werte, wodurch es möglich wird, die produzierte Aktivkohle auch im Lebens- und Futtermittel bereich einzusetzen. Um im Reaktor einen unkontrollierten Abbrand zu vermeiden bzw. eine Sicherheitstechnik zu gewährleisten, kann eine Zufuhr von Stickstoff zur vollständigen Inertisierung erfolgen. Die Ausbringung der Aktivkohle erfolgt über ein mit Stickstoff inertisiertes Schleusensystem (Absperrung 25 vor dem Rohmantelwärmetauscher 13 und die Absperrung 26), wobei hier mittels eines Rohmantelwärmetauschers 13 Restwärme abgeführt wird, um Selbstentzündungen zu vermeiden. In Abhängigkeit des Füllstandes im Übergabebehälter 14 wird das Produkt periodisch durch öffnen der Absperrung 27 ausgeschleust. Depending on the different process parameters, activated carbon with a wide variety of BET surface areas and pore sizes can be produced. In addition, the physical activation of the wood gasification carbon further reduces the PAH values, which makes it possible to use the activated carbon produced in the food and animal feed sector. In order to avoid uncontrolled burning in the reactor or to ensure safety technology, nitrogen can be supplied for complete inerting. The activated carbon is discharged via a sluice system rendered inert with nitrogen (shutoff 25 in front of the raw-shell heat exchanger 13 and the shut-off 26), with residual heat being dissipated here by means of a raw-shell heat exchanger 13 in order to avoid self-ignition. Depending on the filling level in the transfer container 14, the product is discharged periodically by opening the barrier 27.
Bei einer chemischen Aktivierungsmethode kann das Produkt entsprechend aufbereitet werden, indem die Chemikalien aus der Kohle im Wäscher 15 mit Wasser ausgewaschen werden. Im Filter 16 wird das Waschwasser abgetrennt, verbleibende Restfeuchte wird in der Kohle durch einen nachgeschalteten Trockner 17 entfernt. Physikalisch aktivierte Kohle wird direkt ausgebracht. Eine nachfolgende Siebanlage 18 ermöglicht eine Auftrennung in unterschiedliche Produkte. So können mit dieser Siebanlage 18 Aktivkohlen in Granulat und Pulverform hergestellt werden. Zur Staubminderung und Erleichterung des Handlings, wird das Kohlepulver optional in einem Mischer 19 mit Wasser vermischt. In einer Pelletierung 20 werden aus dem pulverförmigen Kohlestaub Aktivkohlepellets hergestellt. With a chemical activation method, the product can be suitably upgraded by washing the chemicals from the carbon in the scrubber 15 with water. The washing water is separated off in the filter 16, and the residual moisture that remains in the coal is removed by a downstream dryer 17. Physically activated charcoal is applied directly. A subsequent screening plant 18 enables separation into different products. With this screening plant, 18 activated carbons can be produced in granulate and powder form. To reduce dust and facilitate handling, the carbon powder is optionally mixed with water in a mixer 19 . In a pelletizer 20, activated carbon pellets are produced from the powdered carbon dust.
Aufgrund des Umstandes, dass im Aktivierungsprozess flüchtige Bestandteile aus der Kohle entweichen, Staub mitausgetragen werden kann, sowie gewisse gasbildende Reaktionen ablaufen, ist eine Abgasnachbehandlung 21 erforderlich (Bsp. Filter, Katalysator, Nachverbrennung). Der im Abgas enthaltene Dampfanteil wird in der nachgeschalteten Abgaskondensation 22 abgetrennt. Die daraus gewonnene Abwärme sowie jene aus dem Rohmantelwärmetauscher 3 und Rohmantelwärmetauscher 13 wird dazu verwendet, das Aktivierungsmittel sowie den Reaktor teilweise vorzuwärmen. Bei der Erfindung ist von Vorteil, dass das Verfahren umweltfreundlicher im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren ist. Für die Herstellung der Aktivkohle werden keine Kokosnussschalen als Ausgangsmaterial verwendet, die aus südlichen Ländern wie den Philippen angeliefert werden müssen, was zu einer Verringerung des CO2 Abdrucks dieser Aktivkohle führt. Zudem wird ein Restprodukt, das üblicherweise nur in geringer Wertigkeit weiter verwendet wird, zum wertvollen und vielseitig einsetzbaren Rohstoff aufgewertet. Due to the fact that volatile components escape from the coal during the activation process, dust can also be discharged and certain gas-forming reactions take place, exhaust gas aftertreatment 21 is required (e.g. filter, catalytic converter, post-combustion). The steam contained in the exhaust gas is separated in the downstream exhaust gas condensation 22. The waste heat obtained from this and that from the raw-shell heat exchanger 3 and raw-shell heat exchanger 13 is used to partially preheat the activating agent and the reactor. The advantage of the invention is that the method is more environmentally friendly than conventional methods. No coconut shells are used as raw material for the production of the activated charcoal, which have to be delivered from southern countries like the Philippines, which leads to a reduction of the carbon footprint of this activated charcoal. In addition, a residual product, which is usually only used with a low value, is upgraded to a valuable and versatile raw material.
Ferner wird der Prozess vorzugsweise so im Verbund betrieben, dass eine verbesserte Energieeffizienz des Gesamtprozesses erzielt wird, da insbesondere sämtliche Abwärmen für die Energie benötigenden Prozesse im Verfahren verwendbar sind. Außerdem sieht die Erfindung vor in einigen Prozessschritten das Abwasser aufzubereiten und dem Prozess erneut zuzuführen, was zusätzlich zu einer Entlastung der Umwelt führt. Furthermore, the process is preferably operated in a network in such a way that improved energy efficiency of the overall process is achieved, since in particular all waste heat can be used for the energy-requiring processes in the method. In addition, the invention provides for treating the waste water in some process steps and feeding it back into the process, which also leads to a relief of the environment.
Bezuqszeichen reference sign
1 Gasfilter 1 gas filter
2 Übergangsbehälter 2 transfer tanks
3 Rohmantelwärmetauscher 3 raw shell heat exchangers
4 Vorlagespeicher 4 template memory
5 Siebanlage 5 screening plant
6 Mühlanlage 6 mill plant
7 Abschnitt 7 section
8 Filter 8 filters
9 Trockner 9 dryers
10 Aufbereitungssystem 10 treatment system
11 Wärmetauscher 11 heat exchanger
12 Aktivierungsreaktor 12 activation reactor
13 Rohrmantelwärmetauscher 13 tubular shell heat exchanger
14 Übergabebehälter 14 transfer containers
15 Wäscher 15 washers
16 Filter 16 filters
17 Trockner 17 dryers
18 Siebanlage 18 screening plant
19 Mischer 19 mixers
20 Pelletierung 20 pelleting
21 Abgasnachbehandlung 21 exhaust aftertreatment
22 Abgaskondensation 22 flue gas condensation
23 Absperrung vor dem Rohmantelwärmetauscher 323 Shut-off in front of the raw shell heat exchanger 3
24 Absperrung nach dem Rohmantelwärmetauscher 324 Shut-off after the raw shell heat exchanger 3
25 Absperrung vor dem Rohmantelwärmetauscher 1325 Shut-off in front of the raw shell heat exchanger 13
26 Absperrung nach dem Rohmantelwärmetauscher 1326 Shut-off after the raw shell heat exchanger 13
27 Absperrung nach dem Übergabebehälter 27 Barrier after the transfer container

Claims

Patentansprüche Verfahren zum Herstellen einer Aktivkohle aus einem Reststoff der bei einem Holzvergasungsprozess anfällt, dadurch gekennzeichnet, dass als Ausgangsprodukt eine Holzvergaserkohle verwendet wird, welche bei einem gestuften Vergasungsverfahren von organischen Brennstoffen und Holz mit einer räumlichen Trennung der einzelnen Prozessschritte wie Pyrolyse, Oxidation und Reduktion anfällt, wobei die Reduktion in einem Schwebebettreaktor durchgeführt wird, wodurch eine feinkörnige, kohlenstoffreiche Kohle erzeugt wird und die so erzeugte Holzvergaserkohle nachfolgend einer Aktivierung zugeführt wird, wobei die Holzvergaserkohle chemisch und/oder physikalisch aktiviert wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine chemische Aktivierung der Kohle mittels Ultraschall oder Vakuum durch ein Imprägniermittel erfolgt, wobei es sich bei dem Imprägniermittel um Phosphorsäure, Kaliumhydroxid, Kaliumcarbonat oder Zinkchlorid handelt. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Imprägnierung bei Temperaturen zwischen 400 und 1000 °C und insbesondere bei Temperaturen von 405, 700, 850 und 1000 °C erfolgt. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Imprägniermittel und entionisiertes Wasser in den Mischungsverhältnissen vonl: l bis 1:5 gemischt werden und insbesondere in den Mischungsverhältnissen 1: 1, 1:3 und 1:5 verwendet werden. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlung der Imprägnierung über einen Zeitraum von 0,4 bis 2,5 Stunden, insbesondere 0,5 bis 2 Stunden erfolgt. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Imprägnierung die behandelte Kohle durch einen Filter (8) abgefiltert und in einem Trockner (9) getrocknet wird, wobei das Abwasser entweder in einem Aufbereitungssystem (10) aufbereitet und dem Prozess erneut zugeführt wird oder in ein Abwassersystem geleitet wird. Method for producing an activated charcoal from a residue that occurs in a wood gasification process, characterized in that a wood gasification charcoal is used as the starting product, which occurs in a staged gasification process of organic fuels and wood with a spatial separation of the individual process steps such as pyrolysis, oxidation and reduction , wherein the reduction is carried out in a fluidized bed reactor, whereby a fine-grained, carbon-rich char is produced and the wood gasification char produced in this way is subsequently supplied to an activation, the wood gasification char being activated chemically and/or physically. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the carbon is chemically activated by means of ultrasound or vacuum by means of an impregnating agent, the impregnating agent being phosphoric acid, potassium hydroxide, potassium carbonate or zinc chloride. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the impregnation takes place at temperatures between 400 and 1000°C and in particular at temperatures of 405, 700, 850 and 1000°C. Method according to one of the preceding claims, characterized in that impregnating agent and deionized water are mixed in the mixing ratios of 1: 1 to 1:5 and are used in particular in the mixing ratios 1: 1, 1:3 and 1:5. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the treatment of the impregnation takes place over a period of 0.4 to 2.5 hours, in particular 0.5 to 2 hours. Method according to one of the preceding claims, characterized in that after the impregnation the treated coal is filtered through a filter (8) and dried in a dryer (9), the waste water either being treated in a treatment system (10) and returned to the process or discharged into a sewage system.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der physikalischen Aktivierung das Aktivierungsmittel in den Aktivierungsreaktor (12) gegeben und mittels eines Wärmetauschers (11) vorgewärmt wird. 7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that given the physical activation, the activating agent in the activation reactor (12) and is preheated by means of a heat exchanger (11).
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivierungsmittel N2/H2O(g), CO2 oder CO2/H2O(g) sind. 8. The method according to claim 7, characterized in that the activating agents are N 2 /H 2 O(g), CO 2 or CO 2 /H 2 O(g).
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die physikalische Aktivierung bei 750 bis 950 °C, insbesondere 800 bis 875 °C und insbesondere bei 850 °C erfolgt. Die Aktivierungszeiten liegen zwischen 0,5 und 2,5 Stunden, insbesondere zwischen 1 und 2 Stunden. 9. The method according to claim 7 or 8, characterized in that the physical activation takes place at 750 to 950 °C, in particular 800 to 875 °C and in particular at 850 °C. The activation times are between 0.5 and 2.5 hours, in particular between 1 and 2 hours.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Holzvergaserkohle vor der chemischen oder physikalischen Aktivierung mechanisch durch einen oder mehrere der Schritte Absieben, Sichten, Klassieren, Mahlen vorbehandelt wird. 10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the wood gasification coal is mechanically pretreated before chemical or physical activation by one or more of the steps screening, sifting, classifying, grinding.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vorzugweise eine maximale Partikelgröße von 3 mm eingestellt wird. 11. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that preferably a maximum particle size of 3 mm is set.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Partikel oberhalb einer gewünschten Maximalkorngröße auf die erforderlichen Partikelgröße zerkleinert werden. 12. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that particles above a desired maximum particle size are crushed to the required particle size.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Holzvergaserkohle am Ende des Holvergasungsprozesses und vor der Aktivierung durch einen Gasfilter (1) aus dem Rohgasstrom gefiltert und über ein Schleusensystem, das gleichzeitig einen Übergangsbehälter (2) darstellt, abgekühlt und mit einem inerten Fluid, insbesondere einem inerten Gas wie Stickstoff inertisiert wird. 13. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the wood gasification coal is filtered out of the raw gas flow at the end of the wood gasification process and before activation by a gas filter (1) and cooled via a lock system, which also represents a transition container (2), and an inert fluid, in particular an inert gas such as nitrogen, is rendered inert.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Holzvergaserkohle vor der Aktivierung als Zwischenschritt durch eine weitere Schleuse geführt wird, die gleichzeitig einen Rohmantelwärmetauscher (3) darstellt, in dem die vorhandene Restwärme abgeführt wird. 14. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the wood gasification coal is passed as an intermediate step before activation through a further lock, which is also a raw shell heat exchanger (3) in which the residual heat present is dissipated.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die im Rohmantelwärmetauscher (3) gewonnene Abwärme nachfolgenden oder vorherigen Prozessschritten des Verfahrens zugeführt wird, insbesondere zum Vorheizen der Aktivierungsmittel und des Aktivierungsreaktors (12). 15. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the waste heat obtained in the raw shell heat exchanger (3) is fed to subsequent or previous process steps of the method, in particular for preheating the activation means and the activation reactor (12).
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Vorlagespeicher (4) die Holzvergaserkohle zwischengespeichert wird, um eine vergleichmäßigte, kontinuierliche Zuführung für den Aktivierungsprozess zu gewährleisten. 17. Aktivkohle, hergestellt mit einem Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 16 aus16. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the wood gasification coal is temporarily stored in a storage tank (4) in order to ensure a uniform, continuous supply for the activation process. 17. activated carbon, produced by a method according to claims 1 to 16 from
Holzvergaserkohle, wobei die Aktivkohle nach der physikalischen Aktivierung eine BET Oberflächen zwischen 500 m2/g und 950 m2/g aufweist und nach der chemischen Aktivierung eine BET Oberfläche zwischen 475 m2/g und 1150 m2/g aufweist. Wood gasification charcoal, wherein the activated charcoal has a BET surface area between 500 m 2 /g and 950 m 2 /g after physical activation and a BET surface area between 475 m 2 /g and 1150 m 2 /g after chemical activation.
17 17
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