NO134146B

NO134146B -

Info

Publication number: NO134146B
Application number: NO4377/71A
Authority: NO
Inventors: C M Whitten; R G Hagstrom
Original assignee: Peabody Coal Co
Priority date: 1971-04-02
Filing date: 1971-11-29
Publication date: 1976-05-18
Also published as: CA980089A; IT949518B; GB1324054A; JPS5014999B1; FR2133397A5; AU4834872A; BE774434A; NL7200896A; SE378011B; DE2143359A1; NO134146C; AU466661B2

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrorer fremstilling av ak- The present invention relates to the production of ac-

tivt carDon ved utnyttelse av Mansfield-apparaturen, i hvilken koks fremstilles i en stokerovn med bevegelig rist og en sjaktov. tive carDon by utilizing the Mansfield apparatus, in which coke is produced in a stoker furnace with a movable grate and a shaft rope.

I motsetning til Mansfield forkoksningsprosess vil man i denne In contrast to the Mansfield coking process, in this one,

hensikt unngå forkoksning av materialet under hele prosessen, intention to avoid coking of the material during the entire process,

fordi koks er meget resistent mot aktivering. I henhold til fo- because coke is very resistant to activation. According to fo-

religgende oppfinnelse frembrxnges reaksjonsbetingelser som er helt forskjellige fra dem som anvendes ved forkoksningsprosessen, underlying invention, reaction conditions are produced which are completely different from those used in the coking process,

idet fremstilling av koks unngåes i stort mulig grad, og hvor re- as the production of coke is avoided to the greatest extent possible, and where re-

aksjonen resulterer i en produksjon av aktivert carbon hvis egen- the action results in a production of activated carbon whose own

skaper er sammenlignbare med kommersielle grader av aktivert car- creates are comparable to commercial grades of activated car-

bon somfbr tiden er tilgjengelig. bon somfbr the time is available.

Aktivert carbon er i motsetning til andre former for Activated carbon is unlike other forms of

carbon en celleformig carbonisert lorm av carbon-inneholdende ma- carbon a cellular carbonized worm of carbon-containing ma-

terialer. Aktivering finner sted som folge av enten en fysisk eller kjemisk åpning av cellene ved fjernelse av flyktige bestand- materials. Activation takes place as a result of either a physical or chemical opening of the cells by removal of volatile constituents

deler som er tilstede i materialets kanaler og celler. Generelt fremstilles aktivert carbon som folge av en reaksjon mellom car- parts that are present in the material's channels and cells. In general, activated carbon is produced as a result of a reaction between car-

bon og damp som er oppvarmet til en temperatur på 700 - 1000°C i nærvær av minst mulige mengder luft, carbonmonoxyd og carbondi- bon and steam that is heated to a temperature of 700 - 1000°C in the presence of the smallest possible amounts of air, carbon monoxide and carbon dioxide

oxyd. Under aktiveringen ved disse temperaturer finner der sted en vanngassreaksjon hvor folgende reaksjoner finner sted, avhen- oxide. During the activation at these temperatures, a water-gas reaction takes place where the following reactions take place, depending

gig av dampmengden såvel som temperatursenkningen av skiktet un- gig of the amount of steam as well as the temperature drop of the layer un-

der damping: where steaming:

Den forste reaksjon er dominerende ved temperaturer The first reaction is dominant at temperatures

over ca. 1000°C, og den annen er dominerende under ca. bOO°C. over approx. 1000°C, and the other is dominant below approx. bOO°C.

Hensikten er å oppnå de onskede reaksjoner i en bevegelig skikt- The purpose is to achieve the desired reactions in a moving layer

ovn med efterfolgende avkjoling i et vertikalt ror. furnace with subsequent cooling in a vertical tube.

Fremgangsmåten itolge foreliggende oppfinnelse er kjen-netegnet ved den karakteriserende del av krav 1. Fig. 1 viser skjematisk fremgangsmåten slik den uttores i henhold til en utforelsesform av foreliggende oppfinnelse, og Fig. 2 viser et snitt lignende fig. 1, men illustrerer en modifikasjon av fremgangsmåten. The method according to the present invention is characterized by the characterizing part of claim 1. Fig. 1 schematically shows the method as it is carried out according to an embodiment of the present invention, and Fig. 2 shows a section similar to fig. 1, but illustrates a modification of the method.

Med henvisning til fig. 1 oeskrives forst apparatet som i alle deler er konvensjonelt. CarDonholdig materiale, ek-sempelvis lignit, innfores fra forrådsbeholderen 10 gjennom en vegg 12 til den innmatningstrakt 14 ved den fremre ende av en horisontalt uttrykket ovn 16, gjennom hvilken en horisontal kjede-rist 18 beveger seg. Da dimensjonene ikke er kritiske, kan i en typisk installasjon risten være ca. 4,5 m bred, og innmatnings-materialet utbres gjennom en fordelingsrist 20 for dannelse av skiktet 22, fortrinsvis 15 cm tykt. Risten la loper over kjede-hjul 24 som roterer som angitt av de bbyede piler, slik at skiktet beveger seg over en serie luftboks-soneanordninger 26 mot den bakre del av ovnen. Ved slutten av ristens bane faller caroonet, som nu er aktivert, ned i et vertikalt ror 28 som i bunnen har en luftsluse 30. Det forkullede materiale gar efter gjennomgangen av det vertikale ror og ut via lufts lusen gjennom en en rystean-ordning 32 og sikter j4, hvor materialet separeres i koks, aktivert caroon og aske. Gassen fra ovnen 16 og roret 28 utslippes via avgassroret 36. With reference to fig. 1 first describes the device, which is conventional in all parts. Carbonaceous material, for example lignite, is introduced from the storage container 10 through a wall 12 to the feed hopper 14 at the front end of a horizontally expressed furnace 16, through which a horizontal chain grate 18 moves. As the dimensions are not critical, in a typical installation the grid can be approx. 4.5 m wide, and the feed material is spread through a distribution grid 20 to form the layer 22, preferably 15 cm thick. The grate runs over sprockets 24 which rotate as indicated by the curved arrows, so that the layer moves over a series of air box zone devices 26 towards the rear of the furnace. At the end of the grate's path, the caroon, which is now activated, falls into a vertical tube 28 which has an air lock 30 at the bottom. sifter j4, where the material is separated into coke, activated caroon and ash. The gas from the furnace 16 and the rudder 28 is discharged via the exhaust gas rudder 36.

Fbrste luftboks-soneanordnmg (2, 3) er-utstyrt med ventilregulerte ledninger 38, gjennom hvilke gass suges gjennom en skrubber 40 ved hjelp av viften 42, og avgassene slippes ut i atmosfæren gjennom avtrekket 44. Tjære og andre biprodukter fra de nedover utsugede gasser kan uttas fra skrubberen. The first air box zone arrangement (2, 3) is equipped with valve-regulated lines 38, through which gas is sucked through a scrubber 40 by means of the fan 42, and the exhaust gases are released into the atmosphere through the exhaust 44. Tar and other by-products from the downwardly extracted gases can be withdrawn from the scrubber.

Annen- og fjerde luftboks-anordning (4, 6) forsynes med damp fra en damptiltorselsledning 56 som er utstyrt med en ventilkontrollert forgrenningsledning 48 som forer til disse luftbokssoner, og en annen ventilregulert delledning 50 fra damp-tiltbrselsroret forer inn i den undre del av roret 28 for avkjø-ling av det carboniserte materiale innen dette loper ut. Luft fores inn gjennom viften 52 via rorledning 54 og ventilregulert delledning 56 til annen, tredje og fjerde luftboks-soneanordning (4, 5, 6). ^Således forsynes annen og fjerde luftboks-soneanordning (4, 6) med både luft og damp, øg tredje luftboks-soneanordning (5) tilfores kun damp. Ved den bakre ende av risten er anordnet et sprutemunnstykke 58 med en vanntilforselsledning 60. The second and fourth air box devices (4, 6) are supplied with steam from a steam supply main line 56 which is equipped with a valve-controlled branch line 48 which leads to these air box zones, and another valve-regulated partial line 50 from the steam supply pipe leads into the lower part of the rudder 28 for cooling the carbonized material before it runs out. Air is fed in through the fan 52 via rudder line 54 and valve-regulated partial line 56 to the second, third and fourth air box zone device (4, 5, 6). Thus, the second and fourth air box zone devices (4, 6) are supplied with both air and steam, and the third air box zone device (5) is only supplied with steam. A spray nozzle 58 with a water supply line 60 is arranged at the rear end of the grate.

Da det innmatede carbonholdige materiale (lxgnit) innfores i ovnen på den rorlxge rist, forflytter dette seg slik at det passerer fdrste luftboks-soneanordning (2, 3) med et nedadgående sug. På dette sted moter skiktet varme nedover utsugede gasser, sammensatt av overhetet damp og partielt forbrente gasser, dvs. nitrogen, carbondioxyd, carbonmonoxyd og oxygen. Disse gasser fores ved en temperatur på 621 - 693°C ned gjennom skiktet og torker og avgasser det innmatede materiale, og overflateanten-nelse finner sted på dette punkt. Temperaturen av de utsugede gasser er efter at de forlater skxktet mellom 204 og 260°C. When the fed carbonaceous material (ignite) is introduced into the furnace on the moving grate, it moves so that it passes the first air box zone device (2, 3) with a downward suction. At this location, the layer directs heat downwards to extracted gases, composed of superheated steam and partially burned gases, i.e. nitrogen, carbon dioxide, carbon monoxide and oxygen. These gases are fed at a temperature of 621 - 693°C down through the layer and dry and degas the fed material, and surface ignition takes place at this point. The temperature of the extracted gases after they leave the shaft is between 204 and 260°C.

Skiktet fortsetter derefter over annen luftboks-soneanordning (4), og det er dette område hvor den partielle aktivering finner sted, som beskrives ved ligningen I, dvs. The layer then continues over another air box zone device (4), and it is this area where the partial activation takes place, which is described by equation I, i.e.

og den undre del av skiktet undergår en lett avs lukning som folge av dampen. and the lower part of the layer undergoes a slight closure as a result of the steam.

Over den tredje luftboks-soneanordning (5) forhoyes temperaturen for skiktet igjen til et punkt hvor temperaturen over skiktet er 649 - 804°C, hvor temperaturen i skiktet er minst 1000°C, og da skxktet beveges fremover mot fjerde luftboks-soneanordning (6), innfores en storre mengde damp, dvs. tilstrekkelig til å senke skikttemperaturen til under 8O0<o>C, og reaksjon II finner sted, dvs. Above the third air box zone device (5), the temperature of the layer is increased again to a point where the temperature above the layer is 649 - 804°C, where the temperature in the layer is at least 1000°C, and then the shaft is moved forward towards the fourth air box zone device (6 ), a larger amount of steam is introduced, i.e. sufficient to lower the layer temperature below 8O0<o>C, and reaction II takes place, i.e.

Når skiktet forlater risten, påsprutes dette vann gjennom munnstykket 58, som er tilknyttet vannledningen 60 for avkjoling og When the layer leaves the grate, this water is sprayed on through the nozzle 58, which is connected to the water line 60 for cooling and

slukning av det carboniserte materiale- Den latende varme i skiktet fordamper vannet, og det delvis avkjolte carbonholdige materiale faller ned på en oppsamlingsanordning, skjematisk angitt ved 62, og derefter inn i det vertikale ror 28 hvor en ytterligere dampbehandling avkjoler det forkoksede materiale og frembringer en ytterligere akti-vitet . quenching of the carbonized material- The latent heat in the bed vaporizes the water, and the partially cooled carbonaceous material falls onto a collection device, schematically indicated at 62, and then into the vertical riser 28 where a further steam treatment cools the coked material and produces a further activity.

Ved drift av et forsoksanlegg som her beskrevet, ble anvendt en innmatningshastighet på 279 kg lignit/time til stokerovnen, og den nedenfra innmatede totale luftmengde til sonene 4, 5 og 6 i luftboksen var 6,5 Nm /time, den totale tilforte mengde damp var 19,5 Nm /time, og dampen som tilfores til sonene .4 og 6 i luftboksen ble tilfort i en mengde på 117,9 kg/time til begge soner. When operating a pilot plant as described here, a feed rate of 279 kg lignite/hour was used for the stoker furnace, and the total amount of air fed from below to zones 4, 5 and 6 in the air box was 6.5 Nm/hour, the total amount of steam supplied was 19.5 Nm/hour, and the steam supplied to zones .4 and 6 in the air box was supplied in an amount of 117.9 kg/hour to both zones.

Efter å ha forlatt luftslusen 30 innfores det avkjolte, forkoksede materiale i en tromleanordning 32 som er konstruert med faste skovler. Det avkjolte, forkullede materiale tromles for oppde-ling av de stbrre stykker av det carboniserte materiale. After leaving the airlock 30, the cooled, coked material is fed into a drum device 32 which is constructed with fixed vanes. The cooled, charred material is tumbled to separate the larger pieces of the carbonized material.

Det forkullede materiale passerer tromleanordnirigen efter ca. 50 omdreininger, hvilket forårsaker at overflateaske slåes av det forkullede materiale, og at dette sbnderdeles slik at en vesentlig del av materialet får en stbrrelse på ca. 6 x 30 mesh. Dette stor-relsesområde er ekvivalent med det kommersielle produktområde. Den oppnådde splintringseffekt ved tromling gjor det unbdig å omforme det forkullede materiale til onsket stbrrelse for aktivering. E',ventuell koks eller ikke-forflyktiget, carbonisert materiale vil ikke splint-res, og kan derefter elimineres som beskrevet. The charred material passes through the drum device after approx. 50 revolutions, which causes surface ash to be knocked off the charred material, and for this to be broken up so that a significant part of the material gets a shock of approx. 6 x 30 mesh. This size range is equivalent to the commercial product range. The splintering effect achieved by drumming makes it unnecessary to transform the charred material into the desired shape for activation. Any coke or non-volatile carbonized material will not splinter and can then be eliminated as described.

Materialet som utgår fra tromlingsanordningen 32 bestående av en viss del dannet koks, aske og aktivert, carbonisert materiale fores over et. avskallingssikt og derefter over en vibrerende skikt som angis felles ved 34. Avskallingssikten fjerner den lille koksmengde som dannes under carboniseringstrinnet, og den vibrerende sikt fjerner asken. The material that comes out of the drumming device 32 consisting of a certain part of formed coke, ash and activated, carbonized material is fed over a. descaler screen and then over a vibrating bed designated collectively at 34. The descaler screen removes the small amount of coke formed during the carbonization step, and the vibrating screen removes the ash.

Fremgangsmåten som skjematisk er vist i fig. 2 er hovedsakelig den samme som i fig. 1, og de samme henvisningssifre som anvendes i fig. 2 betegner de samme elementer som er beskrevet i for-bindelse med fig. 1. Imidlertid kan i stedet for skrubbing og ut-slipp av de nedadgående, utsugede gasser til atmosfæren, disse suges ned gjennom viften 42' og injisere disse via ledningen 64 og strål-ingsmunnstykket 66 inn i ovnen, hvor de delvis fores over skiktet og opp gjennom avgassroret 36 for utnyttelse i en avgasskokekjeie 68. I dette tilfelle vil denne kjele frembringe dampen som tilfores via ror-ledningen 46' . The procedure which is schematically shown in fig. 2 is essentially the same as in fig. 1, and the same reference numerals as used in fig. 2 denotes the same elements that are described in connection with fig. 1. However, instead of scrubbing and releasing the downward, extracted gases to the atmosphere, these can be sucked down through the fan 42' and injected via the line 64 and the radiation nozzle 66 into the furnace, where they are partially fed over the layer and up through the exhaust pipe 36 for utilization in an exhaust boiler 68. In this case, this boiler will produce the steam which is supplied via the pipe line 46'.

I et forsoksanlegg hvor skiktet beveget seg med en hastig-het på 2,25 - 3,05 m/time, og hvor oppholdstiden i ovnen 16 var 1,5 - 2 timer, og hvor alle de andre betingelser som beskrevet i forbindel-se med utfdrelsesformen ifolge fig. 6, og hvor der ble anvendt et lig-nitutgangsmateriale, forvarmes naturligvis carboniseringsovnen 16 ved at der oppbygges en ild på risten 18, og der erholdes et aktivert, In a trial facility where the layer moved at a speed of 2.25 - 3.05 m/hour, and where the residence time in the furnace 16 was 1.5 - 2 hours, and where all the other conditions as described in connection with the output form according to fig. 6, and where a lignite starting material was used, the carbonization furnace 16 is naturally preheated by building a fire on the grate 18, and an activated,

carbonisert materiale hvis egenskaper nedenfor er sammenlignet med et kommersielt standardprodukt: carbonized material whose properties are compared below with a commercial standard product:

Ved vurdering av de ovenstående resultater bor der bemer-kes at det kommersielle produkt var et syrebehandlet og vannvasket, pelletisert materiale hvilket er årsaken til de storre forskjeller. When evaluating the above results, it should be noted that the commercial product was an acid-treated and water-washed, pelletized material, which is the reason for the major differences.

En analyse av sluttproduktet, nemlig det aktiverte, carboniserte materiale av stbrrelse 6 x 50 mesh ga fblgende resultat: An analysis of the final product, namely the activated, carbonized material of steel mesh size 6 x 50 mesh, gave the following result:

Det er åpenbart at egenskapene vil variere i henhold til ovnens stbrrelse, antall soner i luftboksen, innmatningshastighet og i en viss grad av det anvendte utgangsmateriale. It is obvious that the properties will vary according to the type of furnace, the number of zones in the air box, the feed rate and to some extent the starting material used.

Claims

1. Process for the production of activated carbon, characterized in that lignite material is continuously applied to a horizontally movable grate (18) by the input of a hot carbonization furnace (16) to form a static layer (22) of the lignite material, after which the material is applied horizontally through the furnace (16) in the form of a static layer (22) from its inlet to its outlet over a series of first, second, third and fourth airbox zone devices (2,3; 4; 5; 6) arranged one after the other from the furnace inlet to its outlet, that gases at a temperature of 621-693°C are sucked downwards from the furnace atmosphere above the layer (22) through this to the first air box device (2,3) in sufficient quantities to break down and mainly vaporize the lignite material by raising the temperature on the layer (22) while this is fed through the first (2, 3) to the second (4) air box zone device at the same time as the downwardly drawn gases are cooled to between 204 and 260°C, that air and water vapor are fed upwards through the layer (22) from the second air box zone device (4) to the furnace atmosphere above the layer (22) in such quantities that the temperature of the layer is raised to an upper layer temperature above 998°C sufficient to cause the reaction: C + HgO = CO + H forming a gas atmosphere above the layer (22) consisting of nitrogen, carbon dioxide, carbon monoxide and oxygen at a temperature varying from 621 to 693°C in which the lower part of the layer undergoes a weak quenching effect due to the water vapor layer, that exclusively air is caused to pass upwards through the layer from the third air box zone device (5) to the furnace atmosphere above the layer (22) in sufficient quantity to raise the temperature of the lower part of the layer to at least 1000°C, and that exclusively water vapor is supplied from the fourth air box zone device (6) through the layer (22) to the furnace atmosphere in sufficient quantity to lower the temperature of the layer below 800°C and thereby cause the reaction C + 2H O = C0„ + 2H,,.

2. Method according to claim 1, characterized in that the material in the layer falls off the end of the grate after passing through the fourth air box zone device (6), and that the material is extinguished with water as it falls off the end of the grate".