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Verfahren zum Reaktivieren von verbrauchter kugelförmiger oder bläschenartiper
Aktivkohle Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die Rezenerierung oder Reaktivierung
von verbl-auchter, gesättigter kugelförmiger oder bläschenartiger Aktivkohle, die
aus einem Pechmaterial bestimmter Art hergestellt ist Aktivkohlesorten sind insbesondere
zur Entfernung von Wasserverunreinigungen verwendet worden, und es bestand in letzter
Zeit nach ihnen eine wachsende Nachfrage auf verschiedenen gebieten, z.B. zur Lösung
der Probleme wie ständige Verknappung des Wassers und
Umweltverschmutzungen,
die ron verschiedenen industriellen Verfahren herrühren. Pulverförmige Aktivkohle
ist von einem wirtschaftlichen Standpunkt aus nachteilig, da sie, wie sie nach der
Verschmutzung mit Verunreini-un>!en ist, wegen der Schwierigkeiten, die mit ihrer
Regenerierung oder Reaktivierungsbehandlung verbunden wären, weggeworfen werden
muß. Daher ist in weitem Maße körnige Aktivkohle verwendet worden, die eine wiederholte
Verwendung durch Reaktivierung gestattet.
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Jedoch erleidet bekannte körnige Aktivkohle unabänderlich eine Volumen
verringerung, die auf einen Verlust eines Teils des Kohlenstoffes zurückzuführen
ist, der während des Gebrauchs und einer Reaktivierungsbehandlung der verbrauchten
Aktivkohle zu Pulver wird, so daß es notwendig ist, bei Wiederverwendung frische
Aktivkohle zu ergänzen, was zusätzliche Kosten für die ergänzte Aktivkohle bedeutet.
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Wie in dem US-Patent 2 933 454 beschrieben ist, wird körnige Aktivkohle
üblicherweise in einer Gasatmosphäre hoher Temperatur reaktiviert und dann in einem
statischen oder stehenden Zustand mit Luft gekühlt, um eine Volumenverringerung
des Kohlenstoff es aufgrund der Pulverisierungsverluste zu verhindern. Jedoch wurde
die LuftkUhlunz als äußerst unwirksam angesehen.
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Unter diesen Umständen bestand eine starke Nachfrage nach einem Verfahren
zum Reaktivieren oder Regenerieren von verbrauchter Aktivkohle, das frei von einem
Volumenverlust der Aktivkohle in der Reaktivierungsstufe ist und das in der Lage
ist, den reaktivierten Kohlenstoff auf wirksame Weise zu kühlen.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
zum wirksamen Reaktivieren von verbrauchter Aktivkohle aus einem Pechmaterial einer
bestimmten
Art in praktisch kugelförmiger, bläschenartiger Gestalt
zu schaffen.
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Andere und weitere Merkmale und Vorteile der vorlieenden Erfindung
gehen aus der folgenden Beschreibung hervor.
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In der deutschen Patentanmeldung P 23 49 163.6 hat die Anmelderin
bereits ein Verfahren zur Herstellung von bläschenartiger Aktivkohle mit hervorragenden
Eigen schaften, die unten näher dargestellt werden, vorgeschlagen, bei dem ein Pechmaterial,
das einen Erweichungspunkt von 50 bis 3500C, einen Kohlenstoffgehalt von 80 bis
97 %, ein Wasserstoff-/Kohlenstoffverhältnis von 0,3 bis 2,5 und einen Nitrobenzol-unlöslichen
Anteil von wenifter als 60 % aufweist, mit einem aromatischen Kohlenwasserstoff
mit 2 oder 3 Ringen, wie z.B. Naphthalinen,Anthracenen oder dergleichen; gemischt
wird und die entstehende Mischung in eine praktisch kugelförmige bläschenartige
Form übergeführt wird, die dann in ein Lösungsmittel getaucht wird, um den aromatischen
Kohlenwasserstoff allein herauszulösen, um poröse Kohlenstofformen ohne Verwendung
eines Bindemittels zu bil<Jen, worauf das Aktivieren der ausgeformten Kohlenstoffkörper
folgt, um kugelförmige Aktivkohle zu erhalten. Die Erfinder der vorlierXenden Erfindung
haben eine weitere Untersuchunp über eine Reaktivierun von verbrauchter Aktivkohle
durchgeführt und pefunden, daß, wenn die verbrauchte Aktivkohle einem Reaktivierungstest
unterworfen wird, wobei ein kontinuierlicher Regenerierungsofen einer Wirbelschichtbettart
verwendet wird, der eine Trocknungs- und Verdampfungskammer der Wirbelschichtbettart
und eine Reaktivierungskammer der Wirbelschichtbettart enthält, die Pulverisierung
des Kohlenstoff es im wesentlichen nicht auftritt und dass der reiaktivierte Kohlenstoff
nicht in Stücke zerbricht, was auch dann nicht der Fall ist, wenn er in Wasser gekühlt
wird. Die vorliepende Erfindung beruht auf diesen Feststellun<?en.
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Die Erfindung wiid nun in der fol-enden Beschreibung im Detail näher
beschrieben.
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Die Aktivkohle, die für die Reaktivierung durch das erfindungsgemäße
Verfahren verwendet werden soll, wird aus einem Pechmaterial hergestellt, das spezielle
charakteristische Eigenschaften aufweist und eine praktisch kugelförmige bläschenartie
Form mit einem einfachen Aufbau unc? eine kleine Teilchengröße von 0,1 bis 1,0 mm
besitzt. Die Aktivkohle unterscheidet sich vollständig in ihrer Gestalt und in ihien
mechanischen Eigenschaften von bekannter körniger Aktikohle. Eins der Merkmale der
kugelförmigen Aktivkohle ist, daß die Aktivkohle leicht in einem Wasserstrom mitgeführt
oder auch in einem nassen Zustand aufgrund ihrer praktisch kugelförmigen Gestalt
gerollt werden kann. Das heißt, daß die kugelförmigmige Aktivkohle frei mitgeführt
werden oder triften kann, und zwar kann sie zum Beispiel durch einen Gasstrom in
einem nassen Zustand, in dem 1,2 oder mehr Teile Wasser pro Teil Kohlenstoff vorhanden
sind, mitführt werden.
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Dahingerren kann eine bekannte körnige Aktivkohle nicht leicht bewegt
oder mitgeführt werden, wenn der Wassergehalt nicht 2 oder 3mal größer als der an
körniger Aktivkohle ist. Ijnd ein solcher Wassergehalt ist gleich dem des verbrauchten
absorbierenden Kohlenstoffes. Dementsprechend wird bei der kugelförmigen Aktivkohle
das Was ser, das zum leichteren Einfühlen c'er Aktivkohle mit ihr zusammen in einen
F.egenierun?sofen eingeführt wird, nur in einer äußerst kleinen Menge in dem Reaktivierungsverfahren
der verbrauchten kugelförmigen Aktivkohle benötigt, so daß die Wärmekapazität zum
Trocknen der Aktivkohle, die in den Regenerierungsofen eingeführt worden ist, wirtschaftlicher
gestaltet werden kann.
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Ein anderes Merkmal der kugelförmigen Aktivkohle ist, daß diese eine
hervorragende Beständigkeit gegen Verschleiß durch Abrieb, Hitze und Schlag oder
Stoß aufweist. Da
Aktivkohle üblicherweise in Wasser verwendet wird,
ha-" ben die Erfinder einen Abriebverschleißtest durchgeführt, bei dem ein Schüttelverfahren
in Wasser zum Bestimmen der Beständigkeit gegen Verschleiß durch Abrieb der kugelförmigen
Aktivkohle verwendet wurde. Das heißt, daß vier Teile Wasser mit einem Teil Aktivkohle
gemischt wurden und die Mischung heftig geschüttelt wurde, worauf das Wiegen des
entstandenen feinen Pulvers nach der Abtrennung von der Mischung folgte. Die Testergebnisse
zeigen, daß die kugelförmige Aktivkohle nach einer Stunde Schütteln weniger als
0,1 Gew.% feines Pulver erzeugte, während eine herkömmliche körnige Aktivkohle,
die unter Verwendung einer Kokosfaser (Coir) hergestellt worden war, 2,5 Ges.% Pulver
und eine körnige Aktivkohle, die aus Kohle hergestellt worden war, 4,5 Gew.% Pulver
erzeugten. Ferner führten die Erfinder einen Test zur Bestimmung einer thermischen
Stoßfestigkeit der eben beschriebenen drei Arten von Aktivkohle durch. Das heißt,
daß Aktivkohle bei 9000 C in einer inerten Atmosphäre erhitzt wurde und dann in
Wasser zum Kühlen eingeführt wurde. Das entstandene feine Pulver wurde gewogen.
Es ergab sich als ein Ergebnis, daß die kugelförmige Aktivkohle im wesentlichen
kein Pulver erzeugte und daß die körnige Aktivkohle auf Kokosfaserbasis und die
körnige Aktivkohle auf Kohlebasis jeweils feines Pulver in den entsprechenden Mengen
von 1,5 Ges,% und 3,2 Gew.% erzeugten.
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Wie aus den vorstehend beschriebenen Testergebnissen ersichtlich ist,
ist die kugelförmige Aktivkohle im Vergleich zu den bekannten körnigen Aktivkohlesorten
ganz hervorragend in ihrer Beständigkeit gegen Verschleiß durch Abrieb und ihrer
thermischen Schlagfestigkeit. Daraus geht klar hervor, daß die kugelförmige Aktivkohle
für den Zweck oder vorliegenden Erfindung geeignet ist.
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Um verbrauchte kugelförmige Aktivkohle gemäß dem Verfahren der vorliegenden
Erfindung zu reaktivieren, wird es
bevorzugt, einen kontinuierlich
arbeitenden Regenerierungsofen vom Wirbelschichtbettyp zu verwenden, der eine Trocknungs-
und Verdampfungs- oder Verflüchtigungskammer mit einem Wirbelschichtbett und eine
mit einem Wirbelschichtbett ausgestattete Reaktivierungskammer enthält, die unter
der Trocknungs- und Verdampfungskammer angeordnet ist, die untereinander durch eine
Gichtgasleitung verbunden sind, wobei jede Kammer ein Wirbelschichtbett am Boden
derselben aufweist und mit einer perforierten Platte versehen ist, die eine große
Anzahl Poren oder Löcher aufweist und dadurch das Hindurchströmen eines Reaktivierungsgases
hoher Temperatur von dem unteren Teil in Richtung auf den oberen Teil der Kammer
erlaubt. Ferner gewährleistet das Vorhandensein einer oder mehrerer Längstrennplatten
innerhalb sowohl der Trocknung als auch der Reaktivierungskammer, daß die gerade
behandelte Aktivkohle in jeder Kammer eine konstante Zeitdauer verbleibt, und trägt
so zur Erhöhung der Reaktivierungstirksamkeit der verbrauchten Aktivkohle bei. Zusätzlich
kann, wie es oben bereits beschrieben worden war, die kugelförmige Aktivkohle direkt
mit Wasser zum Kühlen in Kontakt gebracht werden, so daß es ausreicht, ein Löschgefäß
am Boden des Regenerierunsofens vorzusehen, ohne daß noch eine andere Art des Kühlens
oder eine Löschapparatur vorhanden sein muß, wie es bei den bekannten Verfahren
erforderlich wäre.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun
in der folgenden Beschreibung anhand der beigefügte Zeichnungen näher erläutert.
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In den Zeichnungen zei-t: Fig. 1 eine schematische Ansicht, die einen
Regenerierungsofen darstellt, der für das Verfahren der vorliegenden Erfindung brauchbar
ist, und
Fig. 2 eine schematische Ansicht die einen Regenerierungsofen
darstellt, bei dem Unterteilungsplatten innerhalb einer Trocknungs und Verdampfungskammer
und einer Reaktivierungskammer verwendet werden.
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Es wird nun auf die Zeichnungen Bezug genommen, in denen gleiche Bezugszeichen
gleiche Teile bezeichnen. Mit 1 ist ganz allgemein ein Regenerierungsofen bezeichnet,
der eine Trocknungs- und Verdampfunrskammer la und eine Reaktivierungskammer lb
enthält, die mit der Kammer la durch eine Gichtgasleitung 3 verbunden ist. Am Boden
der Kammer la ist eine perforierte Platte 4 und an dem Boden der Kammer Ib ist eine
perforierte Platte 4' vorgesehen, Ein Wasserlöschgefäß 9 ist in dem unteren Abschnitt
des Ofens 1 angeordnet und steht mit der Kammer lb über die Gichtgasleitung 3' in
Verbinduno. Mit 5 ist ein Wärmeaustauscher oder eine elektrische Heizeinrichtung
des Ofens 1 und mit 7 eine Absaugleitung für das in dem Ofen 1 erzeugte Gas und
mit 11 ein Vorratsbehälter oder Trichter zum Einführen der verbrauchten Aktivkohle,
die behandelt werden soll, bezeichnet.
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Im Betrieb wird verbrauchte Aktivkohle in Form einer Aufschlämmung
kontinuierlich durch eine Leitung 10 dem Vorratsbehälter 11 zugeführt, mit dem die
Aktivkohle nach unten sacken gelassen wird, und ein Überschuß an Wasser wird aus
einer Überflußleitung 12 entladen. Die abgesackte Aktivkohle wird kontinuierlich
der Kammer la mittels eines Schraubenförderers 2 zugeführt. In Fig. 2 sind innerhalb
der KammernlOla u. l0lbjeweils in einer Längsrichtung Unterteilungsplatten oder
Trennplatten 114 vorgesehen. Durch das Vorhandensein der Trennplatten 114 kann die
gesamte Aktivkohle in den Kammern die gleiche vorherbestimmte Zeitdauer verbleiben,
während der die verbrauchte Aktivkohle
mittels eines Hochtemperaturgases
in einer wirksamen Weise reaktiviert wird. Die mittlere Aufenthaltsdauer der Aktivkohle
innerhalb der entsprechenden Kammern kann abgekürzt werden, so daß es möglich ist,
den Ofen mit einer geringeren Größe auszulegen.
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Die verbrauchte kugelförmige Aktivkohle (die 105 bis 120 % Wasser
enthält), die in die Kammer la eingeführt worden ist, wird verwirbelt und mittels
eines Hochtemperaturgasstromes bewegt, der in nach oben gerichteter Richtung durch
einen am unteren Teil der Kammer 1b vorgesehenen Gaseinlaß 6 einoefUhrt wird, und
mittels eines Wasserdampfstromes, der als eine Folge der Verdampfung aus der wasserhaltigen
Aktivkohle erzeugt wird, wobei die verbrauchte Aktivkohle getrocknet wird und bei
tiefer Temperatur flüchtige Bestandteile, die in der Aktivkohle absorbiert sind,
durch Desorption entfernt werden. In diesem Zusammenhang sei bemerkt, daß die Kammer
1a auf Temperaturen von 200 bis 600°C mittels der Heizvorrichtung 5 erhitzt wird.
Der entstehende Kohlenstoff wird in die Reaktivierungskammer 1b durch die Gichtgasleitung
4 übergeführt und mittels eines Hochtemperatur gases bewegt und reaktiviert, das
der Kammer 1b von dem Einlaß 6 durch eine perforierte Platte 4' hindurch zugeführt
wird. Die Kammer lb wird auf Temperaturen von 500 bis 1 0000C durch die Heizvorrichtung
5 erhitzt. Die auf diese Weise reaktivierte Aktivkohle wird in das Wasser löschgefäß
9 durch eine Gichtgasleitung 3' zum Zwecke des schnellen Kühlens fallengelassen.
Die entstehende Aktivkohle wird unter Verwendung einer Absaugvorrichtung 13 aufgesammelt,
die an einem unteren Teil des Gefäßes 9 angeordnet ist.
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Das für die vorliegende Erfindung brauchbare Hochtemperaturgas kann
Wasserdampf, ein Dampfgas oder eine Mischung aus einem Dampf gas und einem Verbrennunspas
sein, vor
zugsweise enthält es einen Sauerstoffgehalt, der kleiner
als 3 Mol-% ist. Wenn der Sauerstoffgehalt erhöht wird, wächst der Verlust an Aktivkohle
auf-rund der Verbrennen des Kohlenstoffs per se an. Dementsprechend sollte die Verwendung
eines Gases, das einen höheren Sauelstoffrehalt besitzt, vermieden werden. Obgleich
ein oxydierendes Gas, das 5 bis 10 Mol-% Sauerstoff enthält, im allgemeinen für
die Reaktivierung in der vorliegenden Erwindung verwendet werden kann, ist die Reaktivierung
unter Verwendung eines Wasserdampes allein vorteilhaft durchführbar.
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Ferner liegt die kugelförmige Aktivkohle, die in der voi'-liegenden
Erfindung verwendet wird, in einer praktisch kugelförmigen Gestalt mit einer kleinen
Teilchengröße vor, so daß die Aktivkohle leicht in dem Regenerierungofen unter Verwendung
einer verringerten Menge des Gasstromes bewegt oder getriftet werden kann. Das heißt,
daß die verbrauchte Aktivkohle in einer kurzen Zeitdauer mittels eines Hochtemperaturgases,
das eine Durchflußgeschwindigkeit von nur 5 bis 50 cm/sek. besitzt hinreichend reaktiviert
werden kann. Dies wird als ein bemerkenswerter Vorteil der vorliegenden Erfindung
im Vergleich zu einem bekannten Reaktivierungsverfahren angesehen, bei dem ein Reaktivierungsgas
in einem Regenerierungsofen mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 75 bis 107 cm/sek.
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eingeführt wird, (dazu sei z.B. auf das US-Patent 2 933 454 verwiesen).
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Wie im Vorstehenden beschrieben worden ist, erzeurt bei der vorliegenden
Erfindung die kugelförmige Aktivkohle im wesentlichen kein Pulver in der Reaktivierungsstufe,
und daher ist es nicht notwendifr, eine Staubsammelvorrichtung zum Aufsammeln von
feinem Pulver vorzusehen, das sonst von einem Regenerierunp'sofen ausgestoßen werden
würde. Daher kann durch die vorliegende Erfindung die Reaktivierung in einer einfachen
Apparatur ohne
Verwendung einer Kühlvorrichtung eines speziellen
Typs und einer Staubsammelvorrichtung in vorteilhafter Weise durchgeführt werden.
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Als eine Heizvorrichtung für den Regenerierungsofen, die bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren verwendet werden kann, kann in dem Ofen ein heizsystem verwendet welden,
bei dem ein geeigsetes lleizmedium, ein heißes Verbrennungsgas, eine elektrische
Heizung oder Elektroden zur selbstleitenden oder dielektrischen Heizung der Aktivkohle
verwendet werden, oden es kann eine heißes Verbrennungsgas, das mit Wasserdampf
verdünnt ist, in den Ofen eingeführt werden. Ferner wird c'e2 Fachmann erkemmen,
daß der Regenerierungsofen innendein anderer kontinuierlich arbeitendex Ofen der
mit Wil-belschichtbett versehenen Art anstelle des speziellen in den Zeichnuancen
dargestellten Ofens sein.
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Die vorliegende Erfindung wird nun spezieller in dem folgenden Beispiel
beschrieben, das nur beispielsweise zur Erläuterung angegeben wird und die Erfindung.
in keiner Weise begrenzen soll.
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Beispiel 10 kgr/h abgetropfte kurgelförmige Aktivkohle mit einer Teilchengröße
von 200 bis 300 µ gesättigt mit Verunreinigungen in einer Menge von 300 mg COD/g
Aktivkohle wurden unter Verwendung des in Figur 1 gezeigten Regenerierungsofens
reaktiviert. Die durch den Schraubenförderer 2 dem Ofen zugeführte verbrauchte Aktivkohle
enthielt 1.10% Wasser.
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Der in dem Beispiel verwendete Regenerierungsofen enthielt: eine Trocknunos-
und Verdampfungskammer 25 cm x 70 cm eine elektrische heizung 20 kW eine Reaktivierungskammer
13 cm x 50 cm eine elektrische Heizung 5 kW
Die Reaktivierung wurde
unter den folgenden Bedingungen durchgeführt: Trocknungs- und Verdampfungskammer
Temperatur 4000C Verweilzeit der Aktivkohle 1 h Strömunsgeschwindigkeit des Gases
20 cm/sek.
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Reaktivierungskammer Temperatur 7500C Verweilzeit der Aktivkohle 15
Min.
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Strömungsgeschwindigkeit des Gases 10 cm/sek.
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Reaktivierungsas 100 % Dampf Kühlmittel für die reaktivierte Aktivkohle
direktes Löschen Bei einer Behandlung unter den oben angegebenen Bedingungen wurde
reaktivierte Aktivkohle in einer Ausbeute von 98 % erhalten. Die Wiederherstellungsrate
der Karamel-Entfärbungs-Aktivität (restoring rate of caramel decolorizins activity)
der reaktivierten Aktivkohle betrug in Übereinstimmung mit den japanischen Industriestandardmeßverfahren
(JIS K-1470) 130 %. Der Regenerierungsofen konnte ohne Störungen über 30 Tage betrieben
werden.
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Vergleichsbeispiel Das Vergleichsbeispiel stellt die Regenerierung
einer kommerziell erhältlichen körnigen Aktivkohle mit einer Teilchengröße von 0,8
bis 2,0 mm in der gleichen Weise, wie in dem Bespiel beschrieben, dar, das heißt,
die verbrauchte Aktivkohle wurde mittels des gleichen Regenerierungsofens unter
den gleichen Reaktivierungsbedinrun
Cen wie in dem vorstehenden
Beispiel regeneriert.
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Es ergab sich, daß,wenn die Aktivkohle, die mittels des Schraubenförderers
eingeführt worden war, an dem Auslaß des Schraubenförderers zur Beobachtung herausgenommen
wurde, festgestellt wurde, daß jedes Kohlenstoffteilchen teilweise in kleinere Stücke
zerbrochen war und daß eine große Menge Pulver erzeugt worden war. Die Aktivkohle
konnte nicht glatt und reibungslos in der Trocknung und Verdampfungskammer bewegt
werden und die Reaktivierungskammer konnte nicht mit den entsprechenden Gasströmungsgeschwindigkeiten
von 20 cm/sek.
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und 10 cm/sek. betrieben werden. Das heißt, daß Kohlenstoffkörnchen
mit relativ großer Teilchengröße auf der perforierten Platte ohne Bewegung längere
Zeit verweilten und verblieben. Ferner wurden in der Trocknungs und Verdampfunskammer
einige aktivierte Teilchen mittels Verunreinigungen auf den Teilchen aneinander
gebunden und bildeten Blöcke, was das Trocknen und Desorbieren fast unmöglich machte.
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Um die Bildung der Blöcke zu verhindern, wurde die Aktivkohle, wenn
die Gasströmungse8chwindigkéit auf 0,7 m/sek.
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erhöht wurde, leicht und gleichmäßig in dem Ofen bewegt, jedoch wurde
eine große Menge an Pulver und aktivierten Kohlenstoffkörnchen kleinerer Größe in
die Luft durch die Abgasleitung freigesetzt.
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Darüber hinaus wurde eine große Menge Pulver in dem Ldschgefäß abgelagert.
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Daher wird eine kommerziell erhältliche körnige Aktivkohle als ungeeignet
für die Behandlung angesehen, bei der der Regenerierungsofen des Typs verwendet
wird, der bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird, was auf das Auftreten der
vielen oben beschriebenen Störungen zurückzuführen ist.