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Karbonisierung: Der Hauptprozess zur Herstellung von Aktivkohle.

Juli 27, 2025
admin

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Karbonisierung oder Verkohlung ist der Prozess des Erhitzens organischer Materialien unter Sauerstoffausschluss zur Herstellung kohlenstoffhaltiger Substanzen. Dieses Verfahren wird seit Jahrhunderten angewendet und ist heute der erste und wichtigste Schritt bei der Herstellung von Aktivkohle. Dieser Artikel bietet einen umfassenden Überblick über den Karbonisierungsprozess, die ihn beeinflussenden Faktoren und die industriellen Anwendungen dieser Technologie.

Wissenschaft der Karbonisierung

Definition eines Prozesses

Karbonisierung ist ein Prozess der thermischen Zersetzung organischer Materialien, bei dem diese in Abwesenheit oder Anwesenheit von sehr wenig Sauerstoff erhitzt werden. Dabei entstehen drei Hauptprodukte:

  1. kohlenstoffhaltige Feststoffe     (Holzkohle oder Biokohle)

  2. Organische Flüssigkeiten     (Teer und Asphalt)

  3. Brennbare Gase     (Methan, Wasserstoff und Kohlenmonoxid)

chemischer Mechanismus

Der Karbonisierungsprozess umfasst die folgenden Schritte:

  1. Trocknen     (max. 150°C): Wasserverdampfung

  2. Primärzersetzung     (150-400°C): Zersetzung von Hemicellulose und Cellulose

  3. Sekundärabbau     (400-700°C): Ligninabbau

  4. Aromatizität     (über 700°C): Bildung einer Graphitstruktur

Faktoren, die den Karbonisierungsprozess beeinflussen

1. Rohstoffe

  • Holz    : mittlere Porosität, Kohlenstoffbildung

  • Kokosnussschale    : feinporiger Kohlenstoff

  • Kohlenstoff    : Großporiger Kohlenstoff

  • Landwirtschaftliche Abfälle    : wirtschaftlich, aber von unterschiedlicher Qualität

2. Prozesstemperatur

  • Niedrige Temperatur     (300–400 °C): Die ursprüngliche Struktur bleibt besser erhalten

  • Mittlere Temperatur     (400–600 °C): Gleichgewicht zwischen Effizienz und Qualität

  • Hohe Temperatur    (über 600°     C): erhöhter    Kohlenstoffgehalt

3. Verbleibende Zeit

  • Kurze Zeit: unvollständige Zersetzung

  • Optimale Zeit:   hängt   vom Rohstoff ab (normalerweise 1-4 Stunden)

  • Langfristig: Höhere Kosten ohne nennenswerte Qualitätsverbesserung

4. Heizgeschwindigkeit

  • Niedrige Geschwindigkeit (2–5 °C/min): bessere Prozesskontrolle

  • Schnell (10–20 °C/min): spart Zeit, verringert aber die Qualität

industrielle Karbonisierungsanlagen

1. Intermittierender Ofen

  • einfach und günstig

  • Geeignet für die Produktion in kleinem Maßstab.

  • Eingeschränkte Kontrolle über die Prozessbedingungen

2. Drehrohrofen

  • Geeignet für die kontinuierliche Produktion.

  •  Bessere   Kontrolle   von Temperatur und Haltezeit.

  • hohe Anfangsinvestition

3. Wirbelschichtreaktor

  • gleichmäßige Wärmeübertragung

  • Kürzere  Bearbeitungszeit

  • Erfordert anspruchsvolle Ausrüstung

4. Mikrowelle

  • Energieeinsparung

  • Gleichmäßige Erwärmung

  • Die Grenzen der industriellen Sphäre

Anwendung von verkohlten Produkten

1. Herstellung von Aktivkohle

  • Erster Schritt zur kommerziellen  Produktion   von Aktivkohle

  • Erstellung von Kohlenstoffstrukturen vor der Aktivierung

2. Biokohleproduktion

3. Produktion von Festbrennstoffen

  • Holzkohle für den privaten und industriellen Gebrauch

  • Metallurgischer Koks in der Stahlherstellung

4. Chemische Produktion

  • Extraktion organischer Verbindungen aus gasförmigen Flüssigkeiten

  • Produktion von Rohstoffen  für  die chemische Industrie

Probleme und Lösungen der industriellen Karbonisierung

1. Kontrolle der Umweltverschmutzung

  • Problem    : Emissionen giftiger Gase und Partikel

  • Lösung    : Installieren Sie ein Gasreinigungs- und Filtersystem.

2. Energie verbessern

  • Problem    : Hoher Wärmeverbrauch

  • Lösung    : Wärmerückgewinnung aus Abgasen

3. Produktstandardisierung

  • Problem    : Die Qualität variiert von Charge zu Charge.

  • Lösung    : Automatisierung  und  präzise Kontrolle der Parameter.

4. Abfallmanagement

  • Problem    : Produktion giftiger organischer Flüssigkeiten.

  • Lösung    : Rückgewinnungs- und Reinigungssysteme

Die neuesten Entwicklungen in der Karbonisierungstechnologie

1. Hydrothermale Karbonisierung

  • Der Eingriff sollte in einer aquatischen Umgebung durchgeführt werden.

  • Reduzieren Sie die erforderliche Temperatur

  • Geeignet für Materialien mit hoher Feuchtigkeit.

2. Katalytische Karbonisierung

  • Durch Katalysatoren die Prozesstemperatur senken

  • Verbessern Sie die Qualität des Endprodukts

  • Bessere Kontrolle der Porenstruktur

3. Hybridsystem

  • Kombination der Karbonisierung mit anderen Verfahren

  • Verbesserung der Gesamtsystemeffizienz

  • Senkung der Betriebskosten

Regeln zur Karbonisierung

1. Produktqualitätsstandards

  • ASTM D1762 Kohle

  • ISO 13909 Metallurgischer Koks

2. Umweltstandards

  • Reduzierung der Treibhausgasemissionen

  • Luftqualitätsstandards für Industrieanlagen

3. Sicherheitsbestimmungen

  • Brandschutzvorschriften

  • Standards für die Gerätekonstruktion

Endlich

Die Karbonisierung spielt    eine Schlüsselrolle bei der Herstellung fortschrittlicher Kohlenstoffmaterialien. Dank kontinuierlicher Verbesserungen der Prozesssteuerung und neuer Methoden bietet diese Technologie großes Anwendungspotenzial in Branchen von der Wasseraufbereitung bis zur Energiespeicherung. Ein besseres Verständnis der wissenschaftlichen Prinzipien und Faktoren, die diesen Prozess beeinflussen, wird dazu beitragen, Herstellungsprozesse zu verbessern und    die Qualität von Kohlenstoffprodukten zu steigern.