DE102004036109A1

DE102004036109A1 - Drehrohrofen für die Aktivkohleherstellung

Info

Publication number: DE102004036109A1
Application number: DE102004036109A
Authority: DE
Inventors: Hasso von Blücher
Original assignee: Bluecher GmbH
Current assignee: Bluecher GmbH
Priority date: 2004-07-08
Filing date: 2004-07-24
Publication date: 2006-02-16
Anticipated expiration: 2024-07-25
Also published as: EP1614987A1; EP1614987B1; ATE418054T1; JP2006021993A; US20060269887A1; US7172414B2; JP4501114B2; DE502005006252D1; ES2319906T3; DE102004036109B4

Abstract

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

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Drehrohr, insbesondere für einen Drehrohrofen zur Herstellung von Aktivkohle, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie einen Drehrohrofen mit einem solchen Drehrohr. Des weiteren betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung dieses Drehrohres bzw. Drehrohrofens zur Herstellung von Aktivkohle.
Aktivkohle ist aufgrund ihrer recht unspezifischen adsorptiven Eigenschaften das am meisten angewandte Adsorbens. Gesetzliche Auflagen, aber auch das steigende Bewußtsein der Verantwortung für die Umwelt, führen zu einem steigenden Bedarf an Aktivkohle.
Dabei wird die Aktivkohle zunehmend sowohl im zivilen wie auch im militärischen Bereich angewendet. Im zivilen Bereich kommt die Aktivkohle beispielsweise für die Aufreinigung von Gasen, Filteranlagen für die Klimatisation, Autofiltern etc. zur Anwendung, während im militärischen Bereich die Aktivkohle Verwendung in Schutzmaterialien aller Art findet (z. B. Atemschutzmasken, Schutzabdeckungen und Schutzbekleidungsstücken aller Art, wie z. B. Schutzanzügen etc.)
Aktivkohle wird im allgemeinen durch Carbonisierung (synonym auch als Schwelung, Pyrolyse oder Verkokung bezeichnet) und nachfolgende Aktivierung geeigneter kohlenstoffhaltiger Ausgangsmaterialien erhalten. Dabei werden solche Ausgangsmaterialien bevorzugt, die zu ökonomisch vernünftigen Ausbeuten führen. Denn die Gewichtsverluste durch Abspalten flüchtiger Bestandteile bei der Carbonisierung und durch den Abbrand beim Aktivieren sind erheblich. Für weitere Einzelheiten zur Herstellung von Aktivkohle kann beispielsweise verwiesen werden auf H. v. Kienle und E. Bäder, Aktivkohle und ihre industrielle Anwendung, Enke Verlag Stuttgart, 1980.
Die Beschaffenheit der erzeugten Aktivkohle – fein- oder grobporig, fest oder brüchig etc. – hängt vom kohlenstoffhaltigen Ausgangsmaterial ab. Übliche Ausgangsmaterialien sind beispielsweise Kokosnußschalen, Holzabfälle, Torf, Steinkohle, Peche, aber auch besondere Kunststoffe, wie z. B. sulfonierte Po lymere, die unter anderem bei der Herstellung von Aktivkohle in Form von Körnchen oder Kügelchen eine große Rolle spielen.
Aktivkohle wird in verschiedenen Formen verwendet: Pulverkohle, Splitterkohle, Kornkohle, Formkohle und seit Ende der 1970er Jahre auch korn- und kugelförmige Aktivkohle (sogenannte "Kornkohle" bzw. "Kugelkohle"). Kornförmige, insbesondere kugelförmige Aktivkohle hat gegenüber anderen Formen von Aktivkohle wie Pulver-, Splitterkohle und dergleichen eine Reihe von Vorteilen, die sie für bestimmte Applikationen wertvoll oder sogar unverzichtbar macht: Sie ist rieselfähig, enorm abriebfest und staubfrei und sehr hart. Kornkohle, insbesondere Kugelkohle, ist wegen ihrer speziellen Form, aber auch wegen der extrem hohen Abriebfestigkeit für besondere Einsatzgebiete, so z. B. Flächenfiltermaterialien für Schutzanzüge gegen chemische Gifte oder Filter für niedrige Schadstoffkonzentrationen in großen Luftmengen, sehr gefragt.
Bei der Herstellung von Aktivkohle, insbesondere Kornkohle und Kugelkohle, wird in den meisten Fällen von geeigneten Polymeren ausgegangen. Bevorzugt kommen sulfonierte Polymere, insbesondere sulfonierte divinylbenzolvernetze Styrolpolymere, zum Einsatz, wobei die Sulfonierung auch in situ in Gegenwart von Schwefelsäure bzw. Oleum erreicht werden kann. Als geeignetes Ausgangsmaterial dienen z. B. Ionenaustauscherharze bzw. deren Vorstufen, bei denen es sich zumeist um divinylbenzolvernetzte Polystyrolharze handelt, wobei im Falle der fertigen Ionenaustauscher die Sulfonsäuregruppen bereits im Material vorhanden sind und im Falle der Ionenaustauschervorstufen noch durch Sulfonierung eingeführt werden müssen. Die Sulfonsäuregruppen spielen eine entscheidende Funktion, da ihnen die Rolle eines Vernetzers zukommen, indem sie bei der Carbonisierung abgespalten werden. Nachteilig und problematisch sind aber insbesondere die großen Mengen an freigesetzten Schwefeldioxid sowie die damit unter anderem verbundenen Korrosionsprobleme in den Herstellapparaturen.
Üblicherweise erfolgt die Herstellung von Aktivkohle in Drehrohröfen. Diese weisen beispielsweise eine Eintragsstelle für die Rohstoffbestickung am Ofenanfang und. eine Austragsstelle für das Endprodukt am Ofenende auf.
Bei den herkömmlichen Prozessen zur Herstellung von Aktivkohle nach dem Stand der Technik werden bei der diskontinuierlichen Herstellung sowohl die Carbonisierung als auch die nachfolgende Aktivierung in einem einzigen Drehrohr durchgeführt.
Bei der Carbonisierung, welcher einer Phase der Vorcarbonisierung bzw. Vorschwelung vorangehen kann, erfolgt die Umwandlung des kohlenstoffhaltigen Ausgangsmaterials zu Kohlenstoff, d. h. mit anderen Worten wird das Ausgangsmaterial verkohlt. Bei der Carbonisierung der zuvor genannten organischen Polymere auf Basis von Styrol und Divinylbenzol, die vernetzende funktionelle chemische Gruppen, welche bei ihrer thermischen Zersetzung zu freien Radikalen und somit zu Vernetzungen führen, insbesondere Sulfonsäuregruppen, enthalten, werden – unter Abspaltung flüchtiger Bestandteile, wie insbesondere SO₂ – die funktionellen chemischen Gruppen, insbesondere Sulfonsäuregruppen, zerstört, und es bilden sich freie Radikale, die eine starke Vernetzung bewirken – ohne die es keinen Pyrolyserückstand (=Kohlenstoff) gäbe. Geeignete Ausgangspolymere der vorgenannten Art sind insbesondere Ionenaustauscherharze (z. B. Kationenaustauscherharze bzw. saure Ionenaustauscherharze, vorzugsweise mit Sulfonsäuregruppen, so z. B. Kationenaustauscherharze auf Basis sulfonierter Styrol/Divinylbenzol-Copolymere) bzw. deren Vorstufen (d. h. die unsulfonierten Ionenaustauscherharze, welche vor oder bei der Carbonisierung noch mit einem geeigneten Sulfonierungsmittel, wie z. B. Schwefelsäure und/oder Oleum, sulfoniert werden müssen). Im allgemeinen wird die Pyrolyse unter inerter Atmosphäre (z. B. Stickstoff) oder allenfalls leicht: oxidierender Atmosphäre durchgeführt. Gleichermaßen kann es vorteilhaft sein, während der Carbonisierung, insbesondere bei höheren Temperaturen (z. B. im Bereich von etwa 500 °C bis 650 °C), zu der Inertatmosphäre eine kleinere Menge an Sauerstoff, insbesondere in Form von Luft (z. B. 1 bis 5 %), zuzugeben, um eine Oxidation des carbonisierten Polymerskeletts zu bewirken und auf diese Weise die nachfolgende Aktivierung zu erleichtern.
Aufgrund der bei der Carbonisierung abgespaltenen sauren Reaktionsprodukte (z. B. SO₂) ist diese Stufe des Herstellungsprozesses der Aktivkohle extrem korrosiv in bezug auf das Ofenmaterial und stellt höchst Ansprüche in bezug auf die Korrosionsbeständigkeit des Drehrohrofenmaterials.
Der Carbonisierung schließt sich dann die Aktivierung des carbonisierten Ausgangsmaterials an. Das Grundprinzip der Aktivierung besteht darin, einen Teil des bei der Schwelung generierten Kohlenstoffs selektiv und gezielt unter geeigneten Bedingungen abzubauen. Hierdurch entstehen zahlreiche Poren, Spalten und Risse, und die auf die Masseneinheit bezogene Oberfläche der Aktivkohle nimmt erheblich zu. Bei der Aktivierung wird also ein gezielter Abbrand der Kohle vorgenommen. Da bei der Aktivierung Kohlenstoff abgebaut wird, tritt bei diesem Vorgang ein zum Teil erheblicher Substanzverlust ein, welcher unter optimalen Bedingungen gleichbedeutend mit einer Erhöhung der Porosität ist und eine Zunahme der inneren Oberfläche (Porenvolumen) der Aktivkohle bedeutet. Die Aktivierung erfolgt daher unter selektiv bzw. kontrolliert oxidierenden Bedingungen. Übliche Aktivierungsgase sind im allgemeinen Sauerstoff, insbesondere in Form von Luft, Wasserdampf und/oder Kohlendioxid sowie Gemischen diese Aktivierungsgase. Den Aktivierungsgasen können gegebenenfalls Inertgase (z. B. Stickstoff) zusesetzt werden. Um eine technisch ausreichend hohe Reaktionsgeschwindigkeit zu erzielen, wird die Aktivierung im allgemeinen bei relativ hohen Temperaturen durchgeführt, insbesondere im Temperaturbereich von 700 °C bis 1.200 °C, vorzugsweise 800 °C bis 1.100 °C. Dies stellt hohe Anforderungen an die Temperaturbeständigkeit des Drohrohrofenmaterials.
Da das Drehrohrofenmaterial also einerseits den sehr korrosiven Bedingungen der Carbonisierungsphase als auch den Hochtemperaturbedingungen der Aktivierungsphase standhalten muß, kommen für die Herstellung des Drehrohrofens nur solche Materialien zum Einsatz, welche eine gute Hochtemperaturkorrosionsbeständigkeit aufweisen, d. h. insbesondere Stähle, welche eine gute Beständigkeit gegenüber chemisch aggressiven Materialien, insbesondere eine gute Korrosionsbeständigkeit, sowie eine gute Hochtemperaturbeständigkeit in einem einzigen Material vereinen. Dies sind insbesondere hochlegierte Stähle, d. h. Stähle mit mehr als 5 % Legierungselementen. Insbesondere werden als Materialien für die Herstellung von Drehrohröfen hochlegierte Chrom- oder Chrom/Nickel-Stähle verwendet.
Die hochtemperaturkorrosionsbeständigen Stähle haben aber den entscheidenden Nachteil, daß sie nur mäßig bis schlecht verschweißbar sind. Dies stellt deshalb ein Problem dar, weil zur innigen Durchmischung des Beladungsgu tes, insbesondere für ein homogenes Inkontaktbringen des Beladungsgutes mit den Aktivierungsgasen, Mischelemente in Form schaufelartiger Umwälz- oder Wendeblechen – synonym auch als Materialleitbleche bezeichnet – im Innenraum des Drehrohrofens vorhanden sein müssen, die gleichermaßen aus hochtemperaturkorrosionsbeständigem Stahl bestehen und innenseitig mit den Innenwandungen des Drehrohres verschweißt werden, um einen stabilen Verbund zum Drehrohrinneren herzustellen. Beim Verschweißen dieser hochtemperatur- und korrosionsbeständigen Stähle mit hohen Chrom- oder Chrom/Nickel-Gehalten kann eine Versprödung des Materials eintreten (z. B. durch Ausscheidungsvorgänge und sogenannte Sigma-Phasenbildung). Zudem kann über Temperaturen oberhalb von 900 °C ein Kornwachstum auftreten, welches ebenfalls mit einer Versprödung des Werkstoffes verbunden ist. Daher ist die Verschweißung der Misch- bzw. Umwälzelemente mit den Innenwandungen des Drehrohres in herkömmlichen Herstellapparaturen nicht unproblematisch.
Zum anderen sind die Verschweißungen bzw. Schweißnähte im Inneren des Drehrohres während des Prozesses der Aktivkohleherstellung stets starken Beanspruchungen ausgesetzt, und zwar zum einen durch korrosive Prozesse während der Carbonisierung und zum anderen durch die sehr hohen Temperaturen bei der Aktivierung, so daß hohe Beanspruchungen in bezug auf die Schweißnähte auftreten. Dies erfordert eine ständige Wartung und Überprüfung, was nicht unproblematisch ist, da die Schweißnähte innenseitig angebracht sind und folglich eine Wartung nur außerhalb des Betriebs des Drehrohres möglich ist.

Um die zuvor geschilderten Probleme zu vermeiden, schlägt die WO 01/83368 A1 vor, die korrosive Prozeßstufe der Schwelung, welche mit den Ausstoß saurer Gase (z. B. SO₂) verbunden ist, von der Hochtemperaturstufe der Nachschwelung und Aktivierung zu trennen, d. h. die korrosive Phase der Schwelung in anderen Apparaturen durchzuführen als die Hochtemperaturphase der Nachschwelung und Aktivierung. Dies hat zwar den Vorteil, daß man unterschiedliche Drehrohrmaterialien für die korrosive Phase der Schwelung einerseits und die Hochtemperaturphase der Nachschwelung und Aktivierung andererseits verwenden kann, die jeweils an die korrosive Phase und an die Hochtemperaturphase angepaßt sind. Dies ist aber mit dem Nach teil verbunden, daß Schwelung und Aktivierung getrennt voneinander durchgeführt werden müssen, d. h. nicht in einem einzigen diskontinuierlichen Prozeß in einer einzigen Apparatur durchgeführt werden können.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt somit darin, eine Apparatur zur Verfügung zu stellen, welche sich insbesondere für die Herstellung von Aktivkohle eignet.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt somit in der Bereitstellung eines Drehrohres bzw. eines Drehrohrofens, insbesondere für die Herstellung von Aktivkohle, welches bzw. welcher die zuvor geschilderten Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise vermeidet oder zumindest abschwächt.

Zur Lösung des zuvor geschilderten Problems schlägt die vorliegende Erfindung ein Drehrohr nach Anspruch 1 vor. Weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Drehrohrofen nach Anspruch 17, welcher das erfindungsgemäße Drehrohr umfaßt.

Schließlich ist ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung die Verwendung des erfindungsgemäßen Drehrohres bzw. Drehrohrofens zur Herstellung von Aktivkohle entsprechend Anspruch 18. Weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Verwendung sind Gegenstand der Verwendungsunteransprüche.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung – gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung – ist somit ein Drehrohr, insbesondere für einen Drehrohrofen zur Herstellung von Aktivkohle, mit mehreren, im Innenraum des Drehrohres angeordneten Mischelementen für die Umwälzung bzw. Durchmischung des Beladungsgutes, insbesondere in Form von Umwälz- oder Wendeblechen (synonym auch als Materialleitbleche bezeichnet), wobei das Drehrohr Durchbrechungen zur Aufnahme von Befestigungsabschnitten der Mischelemente aufweist und diese Befestigungsabschnitte mit dem Drehrohr außenseitig verschweißt sind. Eine Besonderheit der vorliegenden Erfindung muß daher in der außenseitigen Verschweißung der Befestigungsabschnitte der Mischelemente gesehen werden.

Die Befestigungsabschnitte der Mischelemente sind also sozusagen durch die Durchbrechungen in der Drehrohrwandung durchgesteckt und außenseitig verschweißt. Hierdurch wird insbesondere vermieden, daß die Verschweißungsstellen bzw. Schweißnähte den im Innern des Drehrohres im Betriebszustand vorherrschenden aggressiven Bedingungen bei der Aktivkohleherstellung – korrosive Gase bei der Carbonisierung und hohe Temperaturen bei der Aktivierung – ausgesetzt sind. Dadurch, daß die Verschweißungsstellen bzw. Schweißnähte auf diese Weise einer deutlich geringeren Belastung ausgesetzt sind, wird deren Standzeit deutlich erhöht. Durch die außenseitige Verschweißung wird zudem die Wartung entscheidend erleichtert: Die Verschweißungsstellen zwischen Mischelementen/Drehrohr lassen sich von außen ohne weiteres überprüfen und warten und bei Bedarf ausbessern bzw. reparieren. Eine Wartung kann daher selbst im Betriebszustand des Drehrohres erfolgen.

Auf diese Weise können außerdem Verschweißungsmaterialien (synonym auch Schweißmaterialien oder Schweißgut genannt) zum Einsatz kommen, welche eine optimale und dichte Verbindung Mischelemente/Drehrohr gewährleisten, aber den im Betrieb vorherrschenden korrosiven Hochtemperaturbedingungen im Inneren des Drehrohres ansonsten nicht ohne weiteres dauerhaft standhalten würden.

Weitere Vorteile, Eigenschaften, Aspekte, Besonderheiten und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten, bevorzugten Ausführungsbeispiels. Es zeigt:
1 Eine schematische Seitenansicht eines Drehrohrofens nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung im Schnitt;
2A einen radialen Querschnitt durch das Drehrohr;
2B einen vergrößerten Ausschnitt des in 2A gekennzeichneten Bereiches;
3A–C eine schematische Darstellung von Profilen der Mischelemente mit unterschiedlich ausgebildeten Befestigungsabschnitten.
1, 2A und 2B zeigen ein Drehrohr 1 nach der vorliegenden Erfindung, welches in einem Drehrohrofen zur Herstellung von Aktivkohle verwendet werden kann. Im Innenraum 1 des Drehrohres 1 sind mehrere Mischelemente 3 für die Umwälzung bzw. Durchmischung des Beladungsgutes 4 angeordnet. Bei diesen Mischelementen kann es sich beispielsweise um Umwälz- oder Wendebleche (Materialleitbleche) handeln. Das Drehrohr 1 weist Durchbrechungen 5 auf, welche der Aufnahme von Befestigungsabschnitten 6 der Mischelemente 3 dienen. Die Befestigungsabschnitte 6 der Mischelemente 3 sind mit dem Drehrohr 1 außenseitig verschweißt.
Die im Innenraum 2 des Drehrohres 1 befindlichen Mischelemente 3 sind vorteilhafterweise über den Innenraum 3 des Drehrohres 1 verteilt angeordnet, so daß eine optimale Umwälzung bzw. Durchmischung des Beladungsgutes 4 im Betriebszustand gewährleistet ist. Die Mischelemente 3 sind über ihre Befestigungsabschnitte 6 mit dem Drehrohr 1 durch außenseitige Verschweißung dauerhaft verbunden. Die Befestigungsabschnitte 6 der Mischelemente 3 sind sozusagen durch die in der Wandung des Drehrohrs 1 befindlichen Durchbrechungen 5 durchgesteckt und ragen insbesondere außenseitig ein wenig heraus bzw. hervor, so daß eine außenseitige Verschweißung der Befestigungsabschnitte 6 der Mischelemente 3 mit dem Drehrohr 1 (d. h. also mit der Außenwandung des Drehrohrs 1) ermöglicht wird.
Wie zuvor geschildert, ist die außenseitige Anbringung der Verschweißung mit einer Reihe von Vorteilen verbunden: Zum einen wird durch die außenseitige Verschweißung vermieden, daß die Verschweißungsstelle bzw. Schweißnaht den im Inneren 2 des Drehrohres 1 im Betriebszustand vorherrschenden aggressiven Bedingungen bei der Aktivkohleherstellung – korrosive saure Gase und hohe Temperaturen – ausgesetzt ist. Durch die außenseitige Anbringung der Verschweißung ist es außerdem möglich, diese ohne weiteres von außen – auch im Betriebszustand – zu warten bzw. zu überprüfen und bei Bedarf auszubessern bzw. reparieren. Schließlich können auf diese Weise optimale Schweißmaterialien zum Einsatz kommen, welche eine gute und sichere dauerhafte Verbindung Mischelemente 3/Drehrohr 1 gewährleisten, aber ansonsten den im Betrieb vorherrschenden korrosiven Hochtemperaturbedingungen im Inneren 2 des Drehrohres 1 nicht ohne weiteres dauerhaft standhalten würden.
Wie aus 1 und insbesondere den 2A und 2B ersichtlich, erfolgt die außenseitige Verscheißung der Befestigungsabschnitte 6 der Mischelemente 3 mit dem Drehrohr 1 über einen Schweißabschnitt 7. Dieser Schweißabschnitt 7 weist vorteilhafterweise mindestens zwei Schweißschichten bzw. zwei Schweißnähte 7a, 7b auf. Die beiden Schweißschichten bzw. Schweißnähte 7a, 7b sind vorteilhafterweise übereinander angeordnet bzw. aufgebracht. Es entstehen somit doppelte Schweißschichten bzw. Schweißnähte 7a, 7b. Dies hat den Vorteil, daß für die verschiedenen Schweißschichten 7a, 7b unterschiedliche Materialien eingesetzt werden können. Beispielsweise können auf diese Weise Schweißmaterialien unterschiedlicher Temperatur- und Korrosionsbeständigkeit eingesetzt bzw. miteinander kombiniert werden, wobei die innere Schweißschicht 7a vorteilhafterweise korrosions- und hochtemperaturbeständig sein sollte, während eine Korrosionsbeständigkeit bei der äußeren Schweißschicht 7b nicht in dem selben Maße gefordert ist. Durch die Verwendung mehrerer Schweißschichten bzw. Schweißnähte 7a, 7b wird eine dichte, insbesondere gasdichte und zuverlässige Verschweißung der Verbindungsabschnitte 6 der Mischelemente 3 mit dem Drehrohr 1 erreicht. Gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine der beiden Schweißschichten 7a, 7b austenitisch, insbesondere vollaustenitisch, und die andere ferritisch-austenitisch ausgebildet. Besonders bevorzugt wird die innere Schweißschicht 7a austenitisch, insbesondere vollaustenitisch, und die äußere Schweißschicht 7b ferritisch-austenitisch ausgebildet. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Verschweißung durch Auftragsschweißen (z. B. durch Elektrodenschweißen). Im allgemeinen erfolgt die Verschweißung derart, daß der Scheißabschnitt 7 zumindest im wesentlichen gasdicht ausgebildet ist.
Im allgemeinen sind die Befestigungsabschnitte 6 der Mischelemente 3 derart ausgebildet, daß sie außenseitig vorragen. Mit anderen Worten ragen die Befestigungsabschnitte 6 über die äußere Wandung des Drehrohres 1 heraus bzw. hinaus, was eine gute Verschweißbarkeit und eine gute Verankerung der Befestigungsabschnitte 6 ermöglicht.
Die Durchbrechungen 5 in der Wandung des Drehrohres 1, welche zur Aufnahme der Befestigungsabschnitte 6 der Mischelemente 3 dienen, sind im allgemeinen schlitzartig ausgebildet. Durch diese insbesondere schlitzartigen Durchbrechungen 5 können dann die Befestigungsabschnitte 6 der Mischelemente 3 durchgesteckt sein, vorteilhafterweise so, daß die Befestigungsabschnitte 6 vorragen, d. h. ein wenig von der äußeren Ummantelung des Drehrohres abstehen, damit sie besser verschweißt werden können. Dies ist in den 2A und 2B ersichtlich.
Was die Befestigungsabschnitte 6 Mischelemente 3 anbelangt, so sind verschiedene Ausgestaltungen möglich, um eine sichere Verbindung der Befestigungsabschnitte 6 mit dem Drehrohr 1 zu gewährleisten: Einige davon sind in den 3A bis 3C dargestellt. Beispielsweise besteht die Möglichkeit, daß sich die Befestigungsabschnitte 6 der Mischelemente 3 über die gesamte Anlage- oder Umfangslänge der Mischelemente 3 erstrecken; in diesem Fall sind die Befestigungsabschnitte 6 vollständig durch die Durchbrechungen 5 in der Wandung des Drehrohrofens 1 durchgesteckt, und eine solche Ausführungsform ist in 3A dargestellt. Alternativ besteht die Möglichkeit, daß die Befestigungsabschnitte 6 kürzer als die Anlage- oder Umfangslänge der Mischelemente 3 sind; solche Ausführungsformen sind in den 3B und 3C dargestellt. In den letztgenannten Fällen gemäß 3B und 3C können die Mischelemente 3 beispielsweise eine Schulter am Übergang zum Befestigungsschnitt 6 aufweisen, welche insbesondere zur Anlage an die Innenseite bzw. Innenwandung des Drehrohrs 1 dient. Auch besteht die Möglichkeit, daß die Mischelemente 3 jeweils mehrere, in unterschiedliche Durchbrechungen 5 eingreifende Befestigungsabschnitte 6 aufweisen, wie dies beispielsweise in 3C dargestellt ist.
Was die Mischelemente 3 anbelangt, so können diese beispielsweise schaufel- oder plattenartig ausgebildet sein, um eine sichere und intensive durch Mischung und Umwälzung des Beladungsgutes 4 zu gewährleisten. Gemäß einer Ausführungsform verlaufen die Mischelemente zumindest im wesentlichen in Radialrichtung des Drehrohres 1, was eine besonders intensive Durchmischung des Beladungsgutes 4 gewährleistet. Als Mischelemente 3 können beispielsweise Bleche, insbesondere gewinkelte Bleche (Winkelbleche), verwendet werden, welche in der Art einer Schaufel das Beladungsgut 4 durchmischen. Dies ist dem Fachmann als solches bekannt.
Was das Drehrohr 1 und die Mischelemente 3 anbelangt, so bestehen diese vorteilhafterweise aus hochtemperatur- und korrosionsbeständigem Material, insbesondere Stahl. Denn sowohl das Drehrohr 1 als auch die Mischelemente 3 müssen den extrem korrosiven Bedingungen der Carbonisierungsphase und den Hochtemperaturbedingungen der Aktivierungsphase bei der Herstellung von Aktivkohle standhalten. Beispiele für geeignete hochtemperatur- und korrosionsbeständige Stähle, aus denen das Drehrohr 1 und/oder die Mischelemente 3 hergestellt werden können, sind hochlegierte Stähle, d. h. Stähle mit mehr als 5 % Legierungselementen. Beispiele hierfür sind hochlegierte Chrom- und Chrom/Nickel-Stähle, vorzugsweise mit einem Chrom- und/oder Nickelanteil über 10 %, insbesondere über 15 %, besonders bevorzugt über 20 %, bezogen auf die Legierung. Bevorzugt werden als Material für die Herstellung des Drehrohres 1 und/oder der Mischelemente 3 ferritische oder ferritisch-austenitische Stähle mit gutem Korrosions- und Hochtemperaturverhalten verwendet.
Des weiteren weist das erfindungsgemäße Drehrohr vorteilhafterweise Einlaß- und Auslaßeinrichtungen zum Einführen und Auslassen sowie Durchleiten von Gasen auf, beispielsweise zum Einleiten von Inertgasen für die Carbonisierungsphase bei der Aktivkohleherstellung und zum Einleiten von Oxidationsgasen für die Aktivierungsphase bei der Aktivkohleherstellung. Dies ist in den Figuren nicht dargestellt.
Zu einer verbesserten Wartung des Innenraums des Drehrohres 1 kann dieses in der Wandung des Drehrohres ein sogenanntes Mannloch aufweisen, welches dicht mit dem Drehrohr 1 verschließbar ist und so das Einsteigen von Wartungspersonal in den Innenraum 2 des Drehrohres 1 außerhalb des Betriebs ermöglicht. Dies ist in den Figuren ebenfalls dargestellt. Auf diese Weise wird eine Wartung auch des Innenraums 2 des Drehrohrs 1 auf einfache Weise gewährleistet.
Wie zuvor beschrieben, wird das Drehrohr 1 nach der vorliegenden Erfindung insbesondere in Drehrohröfen zur Herstellung von Aktivkohle verwendet. Gegenstand der vorliegenden Erfindung – gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung – ist somit ein Drehrohrofen, welcher das zuvor beschriebene Drehrohr 1 nach der vorliegenden Erfindung aufweist.
Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung – gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung – ist die Verwendung eines wie zuvor beschriebenen Drehrohrs 1 bzw. eines dieses Drehrohr 1 enthaltenen Drehrohrofens zur Herstellung von Aktivkohle. Wie im Einleitungsteil der vorliegenden Erfindung beschrieben, erfolgt die Herstellung der Aktivkohle im allgemeinen durch Carbonisierung (synonym auch als Pyrolyse, Schwelung oder Verkokung bezeichnet) und nachfolgende Aktivierung kohlenstoffhaltiger Ausgangsmaterialien, insbesondere organischer Polymere, so z. B. sulfonierter organischer Polymere (z. B. sulfonierter divinylbenzolvernetzter Polystyrole), welche in dem Drehrohr bzw. Drehrohrofen nach der vorliegenden Erfindung carbonisiert und nachfolgend aktiviert werden. Dabei wird die Carbonisierung im allgemeinen bei Temperaturen von 100 °C bis 750 °C, insbesondere 150 °C bis 650 °C, vorzugsweise 200 °C bis 600 °C, durchgeführt, vorzugsweise unter inerter oder allenfalls leicht oxidierender Atmosphäre, wie im einleitenden Teil beschrieben. Dabei kann der Carbonisierung noch eine Stufe der Vorcarbonisierung bzw. Vorschwelung vorgeschaltet sein. Die Aktivierung wird dagegen im allgemeinen bei Temperaturen von 700 °C bis 1.200 °C, insbesondere 800 °C bis 1.100 °C, vorzugsweise 850 °C bis 1.000 °C, durchgeführt. Die Carbonisierung wird – wie im einleitenden Teil beschrieben – im allgemeinen unter kontrolliert bzw. selektiv oxidierenden Bedingungen, insbesondere unter kontrolliert oxidierender Atmosphäre, durchgeführt. Als geeignete Ausgangspolymere der vorgenannten Art sind insbesondere Ionenaustauscherharze (z. B. Kationenaustauscherharze bzw. saure Ionenaustauscherharze, vorzugsweise mit Sulfonsäuregruppen, so z. B. Kationenaustauscherharze auf Basis sulfonierter Styrol/Divinylbenzol-Copolymere) bzw. deren Vorstufen (d. h. die unsulfonierten Ionenaustauscherharze, welche vor oder bei der Carbonisierung noch mit einem geeigneten Sulfonierungsmittel, wie z. B. Schwefelsäure und/oder Oleum, sulfoniert werden müssen) zu nennen. Für weitere diesbezügliche Einzelheiten kann auf obige Ausführungen im einleitenden Teil verwiesen werden.
Das Drehrohr bzw. der Drehrohrofen nach der vorliegenden Erfindung ermöglicht die Herstellung von Aktivkohle ausgehend von geeigneten kohlenstoffhaltigen Ausgangsmaterialien durch Carbonisierung und nachfolgende Aktivierung in einer einzigen Apparatur unter relativ leichter Handhabung. Durch die außenseitige Verschweißung der Mischelemente wird ein leicht zu wartendes, wenig reparaturanfälliges System bereitgestellt, welches geeignet ist, sowohl den extrem korrosiven Bedingungen der Carbonisierungsphase als auch den Hochtemperaturbedingungen der Aktivierungsphase standzuhalten. Die außenseitige Verschweißung ermöglicht die Verwendung von Verschweißungsmaterialien (=Schweißmaterialien bzw. Schweißgut), die für die Verschweißung optimal geeignet sind, aber für eine innenseitige Verschweißung nicht ohne weiters Anwendung finden könnten, da sie den korrosiven Hochtemperaturbedingungen im Inneren des Drehrohrofens während des Betriebszustandes nicht ohne weiteres auf Dauer standhalten würden.
Weitere Vorteile, Ausgestaltungen, Abwandlungen, Variationen und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung sind für den Fachmann beim Lesen der Beschreibung ohne weiteres ersichtlich und verständlich, ohne daß er hierbei den Rahmen der vorliegenden Erfindung verläßt.

Claims

Drehrohr (1), insbesondere für einen Drehrohrofen zur Herstellung von Aktivkohle, mit mehreren, im Innenraum (2) des Drehrohres (1) angeordneten Mischelementen (3), insbesondere Wendeblechen, für die Umwälzung und/oder Durchmischung des Beladungsgutes (4), dadurch gekennzeichnet, daß das Drehrohr (1) Durchbrechungen (5) zur Aufnahme von Befestigungsabschnitten (6) der Mischelemente (3) aufweist und daß die Befestigungsabschnitte (6) mit dem Drehrohr (1) außenseitig verschweißt sind.
Drehrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die außenseitige Verschweißung der Befestigungsabschnitte (6) der Mischelemente (3) mit dem Drehrohr (1) über einen Schweißabschnitt (7) erfolgt, insbesondere wobei der Schweißabschnitt (7) mindestens zwei Schweißschichten (7a, 7b), insbesondere mindestens zwei Schweißnähte, aufweist.
Drehrohr nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß unterschiedliche Materialien für die verschiedenen Schweißschichten (7a, 7b) eingesetzt sind.
Drehrohr nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschweißung gasdicht ist.
Drehrohr nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsabschnitte (6) der Mischelemente (3) außenseitig vorragen.
Drehrohr nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrechungen (5) zur Aufnahme der Befestigungsabschnitte (6) der Mischelemente (3) schlitzartig ausgebildet sind.
Drehrohr nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsabschnitte (6) der Mischelemente (3) durch die Durchbrechungen (5) durchgesteckt sind.
Drehrohr nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehrohr (1) und/oder die Mischelemente (3) aus hochtemperatur- und korrosionsbeständigem Stahl bestehen.
Drehrohr nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich Befestigungsabschnitte (6) sich über die gesamte Anlage- oder Umfangslänge der Mischelemente (3) erstrecken.
Drehrohr nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Befestigungsabschnitte (6) kürzer als die Anlage- oder Umfangslänge der Mischelemente (3) sind.
Drehrohr nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischelemente (3) eine Schulter am Übergang zum Befestigungsabschnitt (6), insbesondere zur Anlage an der Innenseite des Drehrohrs (1), aufweisen.
Drehrohr nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischelemente (3) jeweils mehrere, in unterschiedliche Durchbrechungen (5) eingreifende Befestigungsabschnitte (6) aufweisen.
Drehrohr nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischelemente (3) schaufel- oder plattenartig ausgebildet sind.
Drehrohr nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischelemente (3) zumindest im wesentlichen in Radialrichtung des Drehrohrs (1) verlaufen.
Drehrohr nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehrohr (1) und/oder die Mischelemente (3) aus hochtemperatur- und korrosionsbeständigem Stahl bestehen.
Drehrohr nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es Einlaß- und Auslaßeinrichtungen zum Einführen und Auslassen sowie Durchleiten von Gasen aufweist.
Drehrohrofen, insbesondere zur Herstellung von Aktivkohle, aufweisend ein Drehrohr nach den Ansprüchen 1 bis 16.
Verwendung eines Drehrohrs nach den Ansprüchen 1 bis 16 oder eines Drehrohrofens nach Anspruch 17 zur Herstellung von Aktivkohle.
Verwendung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Herstellung der Aktivkohle durch Carbonisierung und nachfolgende Aktivierung kohlenstoffhaltiger Ausgangsmaterialien, insbesondere organischer Polymere, erfolgt.
Verwendung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß als kohlenstoffhaltiges Ausgangmaterial sulfonierte organische Polymere, insbesondere sulfonierte divinylbenzolvernetzte Polystyrole, insbesondere in Form kleiner Körnchen oder Kügelchen, in dem Drehrohr bzw. Drehrohrofen carbonisiert und nachfolgend aktiviert werden.
Verwendung Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Carbonisierung bei Temperaturen von 100 bis 750 °C, insbesondere 150 bis 650 °C, vorzugsweise 200 bis 600 °C, durchgeführt wird und/oder daß die Carbonisierung unter inerter oder allenfalls leicht oxidierender Atmosphäre durchgeführt wird.
Verwendung nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktivierung bei Temperaturen von 700 bis 1.200 °C, insbesondere 800 bis 1.100 °C, vorzugsweise 850 bis 1.000 °C, durchgeführt wird und/oder daß die Aktivierung unter kontrolliert oxidierender Atmosphäre durchgeführt wird.