Projekt 11919/01

Innovatives Verfahren zur Herstellung von Kugelaktivkohle Tailored Activated Carbon Types (TACTs) – Entwicklung einer halbtechnischen Anlage

Projektträger

Helsa-Werke Helmut Sandler GmbH & Co. KG
Bayreuther Str. 11
95482 Gefrees
Telefon: 09254/80385

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Ziel des Vorhabens ist die innovative Weiterentwicklung und halbtechnische Erprobung einer neuartigen Verfahrenstechnologie zur Erzeugung von Hochleistungs-Aktivkohle. Die im Labormaßstab entwickelte Verfahrenstechnologie wird in den halbtechnischen Maßstab überführt und angepasst. Außerdem erfolgt die Weiterentwicklung der Anlagenkomponenten sowie die Prozessoptimierung für die Herstellung der geforderten Aktivkohletypen. Besondere Aufmerksamkeit erfordert die Werkstoffauswahl für den Bau der Sulfonier-, Pyrolyse- und Aktivierungsreaktoren. Eine weitere Aufgabe wird sein, das Know-how zur Apparateentwicklung für den Anlagenbau zur thermischen Behandlung artverwandter feinkörniger Stoffe bereitzustellen.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDas Verfahren basiert auf einem neuartigen Reaktortyp, mit dem es möglich ist, Polymere in einer mechanisch bewegten Schicht kontinuierlich zu verkorken und vorzuaktivieren. Der Reaktor ist so konstruiert, dass ein ausreichender Gas-Feststoff-Kontakt bei annähernd gleicher Verweilzeit der Feststoffpartikel im Reaktionsraum gegeben ist.
Für den Nachaktivierungsprozess wird ebenfalls ein neu entwickeltes Reaktorsystem genutzt. Es vereint die Vorteile einer Wanderschicht mit den Vorzügen der Wirbelschicht. Das innovative Element besteht darin, durch Form und Größe der Einbauten eine lokal begrenzte Fluidisation zu erzeugen, ohne die Vorteile der Wanderschicht aufgeben zu müssen.
Außer den apparatetechnischen Neuentwicklungen liegt dem Vorhaben die im Labormaßstab realisierte Idee zugrunde, über Sulfonierung Einfluss auf die Qualität der Aktivkohle zu nehmen. Ausgangsstoff ist ein kostengünstiges Polymer, das bei der Ionenaustauscherproduktion anfällt.


Ergebnisse und Diskussion

Die im Labormaßstab angewendeten verfahrenstechnischen Lösungen sind aus mehreren Gründen nicht auf den halbtechnischen Maßstab und demzufolge nicht auf den technischen Maßstab übertragbar. Entgegen der ursprünglichen Lösungskonzeption, die eine kontinuierliche Betriebsweise der Komponenten Pyrolyse und Aktivierung vorsah, wurde festgestellt, dass es erforderlich ist, diese Prozessschritte im Batchbetrieb durchzuführen. Eine erste Auslegung für diese Komponenten ist erfolgt.
Der für die Herstellung der halbtechnischen Anlage (Pilotanlage) erforderliche Aufwand wurde bei der Projektplanung erheblich unterschätzt. Dadurch ergaben sich bei der Projektbearbeitung erhebliche Termin- und Kostenprobleme.
Die Verfahrensentwicklung im Labormaßstab war zum Zeitpunkt des Projektstarts nicht vollständig abgeschlossen. Das hatte negative Auswirkungen auf die Projektdurchführung.
Aufgrund der äußerst korrosiven Prozessatmosphäre kristallisierte sich im Laufe der Projektarbeit die Werkstoffwahl für die Reaktoren als zentrales Problem heraus. Bis zum Projektende konnte das Problem nicht erfolgreich gelöst werden.
Die Vermutung, dass durch den Prozessschritt Sulfonierung die Porenstruktur der Aktivkohle gezielt beeinflusst werden kann, wurde bestätigt.
Die im Rahmen des Entwicklungsvorhabens hergestellten Musterkohlen weisen einen zu geringen Korndurchmesser auf. Der Korndurchmesser ist von entscheidender Bedeutung für wichtige Einsatzgebiete der Kugelkohle. Eine Vergrößerung des Korndurchmessers erfordert weitere aufwendige Versuche und hat unter Umständen Auswirkungen auf die Auslegung der Anlagenkomponenten. Die Beschaffung der erforderlichen Ausgangsmaterialien ist schwierig.
Es wurde festgestellt, dass die Qualität der Ausgangsprodukte trotz gleicher Spezifikation unterschiedlich in Abhängigkeit von der Bezugsquelle ist. Diese Tatsache erfordert eine Variation der Verfahrensparameter bei der Prozessdurchführung.
Als erste Anlagenkomponente wurde die Sulfonieranlage hergestellt und erprobt. Die hierfür erforderlichen Aufwendungen betrugen etwa das Dreifache der Planungswerte bei Projektstart. Während der Erprobungsphase wurde eine erheblich höhere Korrosion am Reaktor festgestellt als aufgrund von durchgeführten Materialtests vorhergesagt. Dieser Sachverhalt hatte drastische Auswirkungen auf die Nutzungsdauer der Komponente und wirkte sich negativ auf die Qualität des Sulfonproduktes aus. Aus diesen Gründen ist die Sulfonieranlage in der vorliegenden Form für das Verfahren nicht zu verwenden.


Fazit

Die Projektziele konnten nicht erreicht werden. Das entwickelte Herstellungsverfahren ist eine geeignete und wirtschaftliche Alternative zu dem Verfahren, das für das Referenzprodukt angewendet wird. Bedingt durch die bestehenden technischen Probleme sind weitere umfangreiche Untersuchungen erforderlich bevor man eine prozesssichere technische Anlage herstellen kann.
Aufgrund des erreichten Istzustandes der Entwicklung und der sich daraus ergebenden Sachverhalte wurde das Projekt abgebrochen.

Übersicht

Fördersumme

450.249,77 €

Förderzeitraum

01.01.1999 - 31.10.2001

Bundesland

Sachsen

Schlagwörter

Klimaschutz
Umweltforschung
Umwelttechnik