Projekt 11919/01

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

ProjekttrÀger

Helsa-Werke Helmut Sandler GmbH & Co. KG
Bayreuther Str. 11
95482 GefreesZielsetzung 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 ĂŒberfĂŒhrt und angepasst. Außerdem erfolgt die Weiterentwicklung der Anlagenkomponenten sowie die Prozessoptimierung fĂŒr die Herstellung der geforderten Aktivkohletypen. Besondere Aufmerksamkeit erfordert die Werkstoffauswahl fĂŒr den Bau der Sulfonier-, Pyrolyse- und Aktivierungsreaktoren. Eine weitere Aufgabe wird sein, das Know-how zur Apparateentwicklung fĂŒr 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 annĂ€hernd gleicher Verweilzeit der Feststoffpartikel im Reaktionsraum gegeben ist. FĂŒr den Nachaktivierungsprozess wird ebenfalls ein neu entwickeltes Reaktorsystem genutzt. Es vereint die Vorteile einer Wanderschicht mit den VorzĂŒgen der Wirbelschicht. Das innovative Element besteht darin, durch Form und GrĂ¶ĂŸe der Einbauten eine lokal begrenzte Fluidisation zu erzeugen, ohne die Vorteile der Wanderschicht aufgeben zu mĂŒssen. Außer den apparatetechnischen Neuentwicklungen liegt dem Vorhaben die im Labormaßstab realisierte Idee zugrunde, ĂŒber Sulfonierung Einfluss auf die QualitĂ€t der Aktivkohle zu nehmen. Ausgangsstoff ist ein kostengĂŒnstiges Polymer, das bei der Ionenaustauscherproduktion anfĂ€llt. Ergebnisse und Diskussion Die im Labormaßstab angewendeten verfahrenstechnischen Lösungen sind aus mehreren GrĂŒnden nicht auf den halbtechnischen Maßstab und demzufolge nicht auf den technischen Maßstab ĂŒbertragbar. Entgegen der ursprĂŒnglichen Lösungskonzeption, die eine kontinuierliche Betriebsweise der Komponenten Pyrolyse und Aktivierung vorsah, wurde festgestellt, dass es erforderlich ist, diese Prozessschritte im Batchbetrieb durchzufĂŒhren. Eine erste Auslegung fĂŒr diese Komponenten ist erfolgt. Der fĂŒr die Herstellung der halbtechnischen Anlage (Pilotanlage) erforderliche Aufwand wurde bei der Projektplanung erheblich unterschĂ€tzt. Dadurch ergaben sich bei der Projektbearbeitung erhebliche Termin- und Kostenprobleme. Die Verfahrensentwicklung im Labormaßstab war zum Zeitpunkt des Projektstarts nicht vollstĂ€ndig abgeschlossen. Das hatte negative Auswirkungen auf die ProjektdurchfĂŒhrung. Aufgrund der Ă€ußerst korrosiven ProzessatmosphĂ€re kristallisierte sich im Laufe der Projektarbeit die Werkstoffwahl fĂŒr 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 bestĂ€tigt. Die im Rahmen des Entwicklungsvorhabens hergestellten Musterkohlen weisen einen zu geringen Korndurchmesser auf. Der Korndurchmesser ist von entscheidender Bedeutung fĂŒr wichtige Einsatzgebiete der Kugelkohle. Eine VergrĂ¶ĂŸerung des Korndurchmessers erfordert weitere aufwendige Versuche und hat unter UmstĂ€nden Auswirkungen auf die Auslegung der Anlagenkomponenten. Die Beschaffung der erforderlichen Ausgangsmaterialien ist schwierig. Es wurde festgestellt, dass die QualitĂ€t der Ausgangsprodukte trotz gleicher Spezifikation unterschiedlich in AbhĂ€ngigkeit von der Bezugsquelle ist. Diese Tatsache erfordert eine Variation der Verfahrensparameter bei der ProzessdurchfĂŒhrung. Als erste Anlagenkomponente wurde die Sulfonieranlage hergestellt und erprobt. Die hierfĂŒr erforderlichen Aufwendungen betrugen etwa das Dreifache der Planungswerte bei Projektstart. WĂ€hrend der Erprobungsphase wurde eine erheblich höhere Korrosion am Reaktor festgestellt als aufgrund von durchgefĂŒhrten Materialtests vorhergesagt. Dieser Sachverhalt hatte drastische Auswirkungen auf die Nutzungsdauer der Komponente und wirkte sich negativ auf die QualitĂ€t des Sulfonproduktes aus. Aus diesen GrĂŒnden ist die Sulfonieranlage in der vorliegenden Form fĂŒr 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 fĂŒr 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

Telefon

09254/80385

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Bundesland

Sachsen

Fördersumme

450.249,77 €

Förderzeitraum

01.01.1999 - 31.10.2001