Die Chemie spielt in fast jedem Bereich unseres Lebens eine wichtige Rolle – und das so selbstverständlich, dass wir uns dessen selten bewusst werden. Dabei ist es egal, ob wir das Auto benutzen, zu Hause entspannen, am Computer arbeiten, Sport treiben oder einfach nur telefonieren: chemische Produkte begleiten unser tägliches Leben. Aufgrund des gestiegenen Bewusstseins der sozialen Verantwortung einer nachhaltigen Gesellschaft müssen die Auswirkungen der Produktion auf die Umwelt auf ein minimales Niveau reduziert werden. Dadurch steigen die Anforderungen an die Produktion von chemischen Erzeugnissen und die Reinheit der Produkte, die Weiter- oder Wiederverwendung von Produktteilströmen sowie die Luft- und Wasseremissionen immer strengeren Grenzwerten unterliegen.
In vielen Prozessen und Einsatzgebieten hilft der Einsatz von Aktivkohle. Dieser reicht von der Behandlung von flüssigen Produktströmen in den chemischen Prozessen über die Rückgewinnung von wertvollen Stoffen bis zur Reinigung der Abluft und des Abwassers, um negative Auswirkungen auf die Umwelt zu vermeiden.
Ein sicherlich immer interessanteres Themenfeld ist die Kreislaufschließung von Nebenprodukt aus chemischen Prozessen, wodurch viele Einsparpotentiale generiert und Ressourcen geschont werden. Auch hier spielt die Aktivkohle in der Aufbereitung der Nebenproduktströme eine zentrale Rolle und befindet sich meist in der letzten Stufe.
Auswahl der richtigen Aktivkohlequalitäten
Die Aktivkohlqualitäten von Donau Carbon zur Behandlung von Flüssigkeiten, Reinigung der Abluft sowie des Abwassers umfassen eine große Auswahl, die in ihrer Adsorptionsleistung und Eigenschaften sehr unterschiedlich sind.
Sowohl der Herstellungs- bzw. Aktivierungsprozess, als auch der Rohstoff haben einen entscheidenden Einfluss auf die Eigenschaften und Leistungen von Aktivkohlen. Als Rohstoff können Steinkohle, Braunkohle, Holz, Kokosnussschalen, sowie viele andere Fruchtschalen oder -kerne genutzt werden, die in ausreichenden Menge zur Verfügung stehen. Bei der Aktivierung unterscheidet man zwischen dem Einsatz von Wasserdampf und der chemischen Aktivierung mittels Phosphorsäure.
Die Auswahl der geeigneten Aktivkohlesorten für die jeweiligen Anwendungen hängt stark von den chemischen und physikalischen Eigenschaften des zu adsorbierenden Stoffes und des Mediums ab. Daneben spielen aber auch noch andere prozessspezifische Faktoren eine wichtige Rolle beim Adsorptionsvorgang.
Ein breites Anwendungsgebiet in der Adsorptionstechnik ist die Behandlung von Flüssigkeiten jeglicher Art. Neben der reinen Entfärbung hat die Aktivkohle auch die Aufgabe, andere gelöste organische Verunreinigungen sowie Geruchs- und Geschmacksstoffe adsorptiv zu entfernen. Zur Anwendung kommen in der Regel pulverförmige Aktivkohlen der Typenreihe „
®Carbopal“ im Einrühr- bzw. Suspensionsverfahren oder in der Schichtenfiltration. Bei der Pulverkohleanwendung ist zum Teil eine Mehrfachanwendung durch Rezirkulation möglich. Beim Einsatz von Festbettverfahren, den sog. „Perkolationsverfahren“, werden körnige Aktivkohlen der Typenreihe „
®Epibon” eingesetzt, die sich durch eine offenporige Struktur und hervorragende Filtereigenschaften auszeichnen. Das Filtrationsverhalten von Pulverkohle hängt zum einen von der Mahlfeinheit, zum anderen aber auch ganz besonders von der Kornform des vermahlenen Aktivates ab. Bei der Herstellung von pulverförmiger Aktivkohle wird der Mahlgrad auf optimale Filtriereigenschaften abgestimmt, da bei Begleitstoffen in der Lösung (z.B. Kolloide) kann es zu Filtrationsschwierigkeiten auftreten können. In solchen Fällen empfiehlt es sich, Filterhilfsmittel wie z.B. Kieselgur, Perlite oder Cellulosefasern einzusetzen. Hierbei wird zunächst eine Grundanschwemmung (precoat) des Filterhilfsmittels auf das Filterelement aufgebracht, bevor der Filter mit der Aktivkohle enthaltenden Lösung beaufschlagt wird. In besonderen Fällen kann zusätzlich zur Aktivkohlesuspension Filterhilfsmittel dosiert werden. Die Adsorptionskapazität der Aktivkohle wird dadurch nicht beeinträchtigt. Zur Abtrennung der pulverförmigen Aktivkohle eignen sich u.a. Filterpressen, Kerzenfilter und Vakuumdrehfilter.
Bei Anwendung von körnigen Aktivkohlen ist, je nach Art und Konzentration der zu adsorbierenden Substanzen eine Reaktivierung der verbrauchten Aktivkohle nötig.
Die Auswahl der geeigneten Aktivkohlequalität für die vielen verschiedenen Anwendungen wird in anwendungstechnischer Beratung, welche auf einer mehr als 100jährigen Erfahrung in der Produktion, Veredelung und Charakterisierung von Aktivkohlen basiert, gemeinsam mit dem Kunden und seinen spezifischen Anforderungen vorgenommen.
Einsatz von Aktivkohle in der Produktion von Chemikalien
Die Anforderungen für den Einsatz in der chemischen Industrie an die Aktivkohle sind sehr hoch. Die Produkte müssen nicht nur effizient und zuverlässig die gewünschte Leistung erbringen, sondern aufgrund der hohen Ansprüche an die Endprodukte auch von entsprechender Reinheit und homogener Qualität sein. Die Produkte von Donau Carbon bietet je nach Aufgabenstellung die geeignete Aktivkohle.
| Anwendung / zu reinigendes Medium |
Aufgabenstellung / zu entfernende Substanz |
Empfohlene Aktivkohle
|
| Phosphorsäure |
Entfernung von Huminsäuren |
Epibon Y 12 x 40 spezial |
| Salzsäure |
Entfernung von Chlorbenzol |
Hydraffin CC 12 x 40 spezial |
| Adipinsäure |
Entfernung von Cyclopentanol |
Epibon Y 12 x 40 spezial |
| Natürliche Harze, z.B. Schellack |
Entfärbung durch Erythrolaccinentfernung |
Epibon Y 12 x 40 |
| Aminosäuren, z.B. Methionin & Cystin |
Entfärbung |
Epibon Y 12 x 40 LC
Carbopal PA 4 N |
| Glyzerin |
Entfärbung und Geruchsentfernung |
Epibon Y 12 x 40
Hydraffin CC 12 x 40 |
| Parabene |
Entfärbung |
Epibon Y 12 x 40 spezial |
| Pentaerythrit |
Entfärbung |
Hydraffin P800 C |
| Aminreinigung |
Entfernung von Organika |
Hydraffin 30 N |
| Diammoniumhydrogenphosphat |
Entfernung von BTEX |
Epibon Y 8 x 30 spezial |
| Ätzlaugen, Beizlösungen und Galvanikbäder |
Verringerung des CSB- oder AOX-Gehaltes |
Hydraffin 30 N
Hydraffin MB 6 |
Einsatz von Aktivkohle im Abwasser von Chemikalienproduktionen
In vielen Industriebetrieben wird Aktivkohle zur Vermeidung von Verunreinigung der aquatischen Umwelt eingesetzt.
Über das Abwasserabgabengesetz sind in Deutschland die maximal zulässigen Schadstoffkonzentrationen für die Industrie geregelt. Ein wichtiger und häufig angewandter Parameter ist der chemische Sauerstoffbedarf (CSB). Um die Grenzwerte einhalten zu können, werden z.B. in Öl-raffinerien oder auch der Stahlindustrie, offenporige, granulierte Aktivkohlen wie unsere Hydraffin 30N eingesetzt. Diese auf Steinkohle Basis hergestellte Qualität garantiert beste Adsorptionseigenschaften und lange Standzeiten für den Kunden. Zudem kann je nach adsorbierter Substanz und Beladung dabei unsere Lohnreaktivierung als Dienstleistung in Anspruch genommen.
Beispiel: Eine Abwasseranlage mit einer Leistung von 150 m³/h Wasser mit folgendem Prozesslauf:
- Sammelbecken (Oberflächenwasser + Prozesswasser)
- Flockung
- Kiesfilter
- Festbettreaktor (biologische Stufe)
- Dritte Reinigungsstufe mit zwei Aktivkohlefilter á 60 m³
- Vorfluter
Standzeit der Aktivkohlefilter: 2-3 Jahre
Ein weiteres Problem stellt für viele Betriebe die Entfernung von Produktrestkonzentration (Schadstoffe der WGK), welche meist in deutlich niedrigeren Konzentrationen vorliegen und entsprechend aufwendig aufgereinigt werden müssen. Donau Carbon empfiehlt den Kunden entweder den Einsatz von Pulveraktivkohle, wenn es sich häufig um temporäre Produktionen oder geringe Volumenströme handelt. Hierbei muss von einer Dosierung von 10-20 g Aktivkohle pro m3 Abwasser ausgegangen werden. Bei regelmäßig anfallenden Abwässern ist der Einsatz von granulierter Aktivkohle eine wirtschaftlich sinnvolle Lösung.
Die Entfärbung von Abwasser ist nicht nur für die Textilindustrie ein wichtiges Thema, da die Entfernung von Farbstoffen in der Abwasserbehandlung und öffentlichen Wahrnehmung ein zentrales Thema ist. Als optimale Produktqualität hat sich in großtechnischen Versuchen der Einsatz von sehr offenporiger Pulveraktivkohle erwiesen. Dabei zeigte sich, dass für das angestrebte Ziel in der Abwasserbehandlung eine gleichzeitige Dosierung von Koagulationhilfsmittel (Polymere) in das Behandlungsbecken ideal ist.
Einsatz von Aktivkohle in der Abluft von Chemikalienproduktionen
Problematisch sind für die Produktionsbetriebe meist auch gasförmige Emissionen, welche neben unerwünschten Gerüchen auch eine gesundheitliche Relevanz haben können. Dazu wird in verschiedenen Verfahren Aktivkohle von Donau Carbon eingesetzt. Die Fülle unterschiedlicher Substanzen, die das menschliche Wohlbefinden beeinträchtigen oder hochempfindliche Produktionsabläufe stören, können meist durch Einsatz spezieller Aktivkohlesorten abgeschieden werden. Hierbei kommen sowohl physisorptiv wirkende, nicht imprägnierte als auch chemisorptiv wirkende, imprägnierte Aktivkohlen zur Anwendung. Daher verfügt Donau Carbon über eigene Imprägnierkapazitäten.
Für die Abscheidung organischer Dämpfe und Geruchsstoffe kann als Richtwert eine Kontaktzeit von 0,1 bis 0,2 Sekunden im Festbettadsorber zu Grunde gelegt werden. Bei hohen, relativen Feuchten und bei sehr hohen Reinluftanforderungen werden auch höhere Kontaktzeiten verwendet. Im Allgemeinen werden feinporige Aktivkohlen mit hohem Rückhaltevermögen für diese Aufgabe heran-gezogen, die nach der in Abhängigkeit der adsorbierten Substanz vorrangig reaktiviert oder anderweitig verwertet werden. Zur Charakterisierung geeigneter Aktivkohlen wird z.B. die Adsorptionsisotherme von Benzol aus Luft bei 20° C herangezogen. Eine weitere Standardmethode ist die Bestimmung der Tetrachlorkohlenstoff- bzw. n-Butan-Aktivität, die nach ASTM ermittelt wird. Die relevanten Kenndaten der Desorex- und Supersorbon-Typen sind in den Kenndatenblättern der Donau Carbon aufgeführt.
Bei vielen Abluftproblemen liegen neben niedermolekularen, meist anorganischen, schlecht adsorbierbaren Stoffen auch organische Dämpfe vor, die durch Adsorption beseitigt werden sollen (z.B. Schwefelwasserstoffspuren neben Benzindämpfen). In diesen Fällen ist eine Kombination aus imprägnierter und rein adsorptiv wirkender, unimprägnierter Aktivkohle optimal.
Extrem flüchtige Schadstoffe wie Chlor, Ammoniak, Schwefeldioxid, Quecksilber, Schwefel-wasserstoff lassen sich bei Normaldruck nur in sehr geringem Umfang auf Aktivkohle anreichern, so dass reine Adsorptionsverfahren nicht anwendbar sind
Durch Imprägnieren von Aktivkohlen mit verschiedenen Stoffen, wie Metallsalzen, Jod, Schwefel, Säuren oder Basen, wird über Chemiesorption eine Umwandlung und Fixierung dieser Stoffe auf dem Adsorbens erzielt. Die Imprägniersubstanzen wirken hierbei entweder als chemische Reaktionspartner oder als Katalysator.
In der Industrie werden häufig Lösemittel eingesetzt, die dann im weiteren Verlauf des Prozesses verdampfen, z. B. in der Druckindustrie, Lackierereien. Eine Rückgewinnung dieser Lösemittel ist sowohl ökologisch als auch wirtschaftlich anzustreben. Das Donau Carbon (ehemals Lurgi) Supersorbon
®-Verfahren beruht auf der Anreicherung der Lösemittel an Aktivkohle, die anschließend mittels überhitzten Dampfs oder heißem Inertgas wieder desorbiert und durch Aufbereitung des Kondensats zurückgewonnen wird.
Für diese Anwendung werden hochwertige Aktivkohlen mit ausgewogener Porenstruktur eingesetzt. Die Lösemittel werden in den Mikroporen festgehalten und die geforderten Abluftwerte eingehalten werden. Die vorhandenen Zugangsporen im Makro- und Mesoporenbereich gewährleisten die Desorbierbarkeit des Lösemittels von der Aktivkohle bei geringem Dampfverbrauch. Die Aktivkohle wird hierbei in Festbettadsorbern eingesetzt und soll einen möglichst geringen Strömungswiderstand aufweisen. Daher werden vorwiegend zylindrisch geformte Aktivkohlen mit einem Durchmesser von 4 mm eingesetzt. Je nach Art des abzuscheidenden Lösemittels sind Aktivkohlesorten auf unterschiedlicher Rohstoffbasis bzw. mit geringem Ascheanteil geeignet.
Zusammengefasst
Die chemische Industrie ist eine der wichtigsten Industriezweige, da sie für viele andere Wirtschaftszweige die benötigten Edukte, wie z.B. Kunststoffe, Pharmazeutische Erzeugnisse, Klebstoffe, Pigmente, Reinigungsmittel, Körperpflegemittel, herstellt. Wichtige Industriezweige, die diese Stoffe benötigen, sind die Kunststoffindustrie, die Lebensmittelindustrie, der Automobilindustrie, der Maschinenbau, die Glasindustrie und die Baustoffindustrie.
Für diese zentralen Wirtschaftszweig gibt es mannigfaltige Anwendungen, in denen die Aktivkohle eingesetzt wird und viele neue Ideen, um Stoffkreisläufe zu schließen oder die neuesten Anforderungen an die Emissionen von produzierenden Betrieben zu erfüllen und die Umweltauswirkungen zu reduzieren.
In vielen Betrieben sind dabei unsere mobilen Filtersysteme sehr gefragt, die in jeder Hinsicht flexibel sind: Die Filter kleiner und mittlerer Größen werden nach Einsatz komplett ausgetauscht. Für größere Filter gibt es Einrichtungen zum Wechseln der beladenen Aktivkohle. Donau Carbon bietet auf den Bedarf der Kunden abgestimmte Logistik und Wechselkonzepte an, die Personal und Betriebskosten senken. Betriebsbereite Teil oder Komplettlösungen (d. h. Aktivkohlefilter inklusive aller notwendigen Komponenten) stehen jenen Kunden zur Verfügung, die für die Wartung der Filteranlagen keine eigene Logistik oder kein Personal haben. Zudem gibt es die Möglichkeit, die Filter auch nur anzumieten – für temporären Bedarf oder um zu testen, inwieweit ein Adsorptionsverfahren wirtschaftlich einsetzbar ist.
Autor: Leiter der Anwendungstechnik Marco Müller
Gemeinsam mit seinem Team arbeitet er laufend an hochwertigen Aktivkohlequalitäten und innovativen Anwendungslösungen.