Temperatur zur Regeneration von Aktivkohle

Bei der thermischen Regeneration wird je nach Temperatur, bei der die organischen Stoffe während des Erhitzens abgespalten werden, zwischen niedertemperatur- und hochtemperaturthermischer Regeneration unterschieden. (1) Verfahren der niedrigtemperaturregeneration. Bei gesättigtem Aktivkohle, der zur Adsorption von niedermolekularen Kohlenwasserstoffen und aromatischen Organverbindungen mit niedrigem Siedepunkt verwendet wird, erfolgt die Regeneration in der Regel durch Spülung mit Dampf bei 100–200 °C. Die Regeneration kann im Adsorptionskolonne durchgeführt werden. Die nach der Desorption entstehenden organischen Dämpfe können nach der Kondensation wiederverwendet werden. Wird häufig zur Regeneration von Aktivkohle bei der Gasadsorption verwendet. Die Dampfdesorptionsmethode wird ebenfalls zur Regeneration von gesättigtem Aktivkohle in der Vorbehandlung des Prozesswassers in der Bier- und Getränkeindustrie verwendet. (2) Verfahren der Regeneration durch Erhitzen auf hohe Temperatur. Bei der Wasserbehandlung adsorbiert Aktivkohle hauptsächlich thermisch zersetzbare und schwer desorbierbare organische Stoffe, wobei die Adsorptionsperiode lang ist. Die Methode der Regeneration durch Hochtemperaturbehandlung beinhaltet in der Regel eine Erhitzung auf 850 °C. Dadurch werden die an dem Aktivkohlen gebundenen organischen Stoffe karbonisiert und aktiviert, wodurch eine Regeneration erreicht wird. Die Wiederherstellungskraft der Adsorption ist hoch, und die Regenerierungseffekte sind stabil. Daher wird zur Regeneration von Aktivkohle, die zur Wasserbehandlung verwendet wird, üblicherweise die Hochtemperaturbehandlung angewandt. Der gesamte Prozess der Erwärmungsregeneration von entfeuchtetem Aktivkohle erfordert im Allgemeinen die folgenden 3 Phasen. (1) Trocknungsphase. Feuchtes Kohlenmaterial mit einem Wassergehalt von 50 % bis 86 % wird bei einer Temperatur von 100–150 °C erwärmt, wodurch das in den Kohlepartikeln adsorbierte Wasser verdampft; gleichzeitig verdampfen auch einige organische Stoffe mit niedrigem Siedepunkt. Die in dieser Phase verbrauchte Wärme macht 50 % bis 70 % des gesamten Energieverbrauchs des Regenerationsprozesses aus. (2) Die Brennphase, oder auch die Karbrierungsphase. Kohlenpartikel werden auf 150–700 °C erhitzt. Unterschiedliche organische Stoffe werden mit steigender Temperatur in Form von Verdampfung, Zersetzung, Karbonisierung und Oxidation aus der Aktivkohlematrix entfernt. In der Regel liegt die Adsorptions-Rückgewinnungsrate des regenerierten Kohlenstoffs in dieser Phase bereits bei 60 %–85 %. (3) Aktivierungsphase. Nach der Hochtemperatur-Kohlenstoffisierung von organischen Stoffen verbleibt ein erheblicher Anteil an Karbiden in den Mikroporen des Aktivkohlestoffs. Dabei muss das Carbid in einer Gasifikationsreaktion mit oxidierenden Gasen wie Wasserdampf oder Kohlendioxid behandelt werden, damit das verbleibende Carbid bei etwa 850 °C zu Gasen wie CO2 und CO gasifiziert wird. Die Mikroporoberfläche wird gereinigt, wodurch ihre Adsorptionsfähigkeit wiederhergestellt wird. Die Reaktionsgleichungen zwischen verbleibenden Karbiden und oxidierenden Gasen sind wie folgt: C + O2 → CO2↑; C + H2O → CO↑ + H2↑; C + CO2 → 2CO↑. Im Prozess der Hochtemperatur-Regeneration hat Sauerstoff einen großen Einfluss auf die Struktur des Aktivkohlematerials. Deswegen muss der Prozess unter leicht überdruckbedingungen ablaufen. Eine Übermenge an Sauerstoff führt dazu, dass der Aktivkohle abgebrannt und zu Asche wird; zu wenig Sauerstoff wiederum beeinträchtigt die Ofentemperatur sowie die Regenerationseffizienz. Daher muss im Allgemeinen in Regenerationsöfen mit hohen Temperaturen der Sauerstoffgehalt streng kontrolliert werden. Der Restsauerstoffgehalt sollte unter 1 % liegen, der CO-Gehalt etwa 2,5 %. Die zugeführte Menge an Wasserdampf beträgt 0,2–1 kg pro kg Aktivkohle (abhängig vom Ofentyp). Die Qualität von Anlagen zur Regeneration von Aktivkohle zeigt sich hauptsächlich in folgenden Aspekten: Wiederbefüllungsrate der Adsorption, Kohleverlustrate, Festigkeit, Energieverbrauch, Verbrauch von Hilfsstoffen, Regeneraturtemperatur, Regenerationszeit, Auswirkungen auf den Menschen und die Umwelt, Anlage- und Grundinvestitionen sowie der Aufwand für Bedienung, Verwaltung und Wartung. Darüber hinaus muss bei allen Anlagen zur Regeneration von Aktivkohle durch Erhitzung bei hohen Temperaturen sichergestellt werden, dass es nicht zu einer Verklebung der Kohlesteine untereinander, zu deren Sintern zu Klumpen sowie zu lokalen Bränden oder verstopften Kanälen kommt – was im schlimmsten Fall zum Ausfall des Betriebs führen könnte.

Verfahren der Regeneration durch Entladungs-Hochtemperaturheizung – Dies ist ein Regenerationsverfahren, das sich völlig von den herkömmlichen Verfahren der Hochtemperaturheizung zur Regeneration unterscheidet. Die traditionelle Methode besteht darin, den Aktivkohlen unter geschlossenen Bedingungen indirekt über den Ofenkörper oder direkt im Inneren des Ofens Wärme zuzuführen, sodass die Kohle von außen nach innen allmählich erhitzt wird, bis schließlich eine Temperatur von 850 °C erreicht ist, woraufhin Wasserdampf zugeführt wird. Ausländische Wissenschaftler sind der Ansicht, dass die Aufheizgeschwindigkeit bei der üblichen thermischen Regeneration 10 °C/Minute nicht überschreiten darf, um einen Abbau der Kohlenstoffmatrix zu verhindern; daher dauert der gesamte Regenerationsprozess 6 Stunden. Bei diesem Verfahren wird das Kohlenstoffmaterial selbst schnell erhitzt, sodass die drei Phasen Trocknung, Brennen und Aktivierung innerhalb von 5 bis 10 Minuten abgeschlossen werden. Es ist nicht erforderlich, unter geschlossenen Bedingungen zu arbeiten; es ist keine Aktivierung mit Wasserdampf nötig. Bei einer Temperatur von 850 °C kann es mit Luft in Berührung kommen und sich natürlich abkühlen, ohne vollständig zu aschig zu werden. Auch ihre Festigkeit wird nicht beeinflusst, der Kohlenstoffverlust