Granulat- vs. Pellet-Aktivkohle: Was ist der Unterschied, und wofür sollten Sie sich entscheiden?

Die kurze Antwort

Bei Filterbetten zur Wasseraufbereitung ist granulierte Aktivkohle in der Regel die erste Option, die in Betracht gezogen werden sollte. Bei industriellen Festbettanlagen, bei denen der Strömungswiderstand eine Rolle spielt, lohnt es sich meist, zunächst Aktivkohle in Pelletform zu prüfen. Kohlepulver besteht aus unregelmäßigen Partikeln und wird üblicherweise nach Siebgröße angegeben. Pelletkohle wird zu zylindrischen Pellets gepresst und üblicherweise nach Durchmesser angegeben.

Der eigentliche Kompromiss besteht nicht einfach nur in der Wahl zwischen “Granulat und Pellets”. Es geht vielmehr um die Partikelgröße und die Durchflussbedingungen, die die Anlage erfordert, sowie um die Adsorptionsleistung, die das Behandlungsziel verlangt. Die Pelletform bedeutet nicht automatisch eine höhere Kapazität, und Granulatkohle bedeutet nicht automatisch einen niedrigeren Preis. In den folgenden Abschnitten werden die beiden Formen verglichen und erläutert, wann jeweils eine sinnvolle Ausgangsbasis darstellt.

Bei Projekten zur industriellen Wasseraufbereitung und Gasreinigung erhalten Sie möglicherweise zwei sehr unterschiedlich aussehende Angebote für Aktivkohle: eines mit unregelmäßigen schwarzen Körnchen und ein anderes mit ordentlichen, kleinen Zylindern. Beide können zur Adsorption verwendet werden, doch sobald sie in denselben Anlagentyp eingebaut sind, können sie sich hinsichtlich Druckverlust, Bettverhalten und Eignung für die Betriebsbedingungen unterscheiden.

Die Auswahl muss nicht unbedingt mit einer langen Liste von Spezifikationen beginnen. Ermitteln Sie zunächst, welche Ausführung für die Anlage und den Einsatzzweck geeignet ist, und vergleichen Sie dann die Reinigungsleistung. So lässt sich in der Regel leichter feststellen, für welche Produkte es sich lohnt, Muster anzufordern und ein Angebot einzuholen.

Was ist granulierte Aktivkohle?

Granulierte Aktivkohle (GAC) ist ein partikuläres Adsorptionsmittel mit einer inneren Porenstruktur; in diesem Vergleich ist damit unregelmäßig geformte granulierte Aktivkohle gemeint, im Gegensatz zu extrudierter zylindrischer Aktivkohle. Es kann aus Rohstoffen wie Kohle oder Kokosnussschalen durch Karbonisierung, Aktivierung, Zerkleinerung und Siebung hergestellt werden. Bei einigen Herstellungsverfahren wird das Rohmaterial zunächst agglomeriert und anschließend zu Granulat weiterverarbeitet. Daher beschreibt der Begriff “Granulatkohle” lediglich die Produktform; er bezeichnet weder einen bestimmten Rohstoff noch ein bestimmtes Verfahren.

Spezifikationen werden üblicherweise als Siebgrößenbereich angegeben, beispielsweise 8×30 Mesh oder 12×40 Mesh. Die beiden Zahlen beschreiben den Siebgrößenbereich und nicht die Länge und Breite eines einzelnen Partikels. Qizhongs Sortiment an granuliertem Aktivkohle umfasst sowohl diese beiden Größen als auch weitere verfügbare Partikelgrößenoptionen.

Granulatkohle wird häufig in Adsorptionsbetten zur Wasseraufbereitung eingesetzt, und es sind auch Sorten für die Luft- und Gasreinigung erhältlich. Bei Wasseraufbereitungsanlagen ist die Wahl der geeigneten Korngröße der Ausgangspunkt für die Abstimmung von Druckabfall im Bett, Adsorptionskontakt und Rückspülbedingungen.

• Wichtigste Vorteile: Eine große Auswahl an Rohstoffen und Siebgrößen erleichtert die Anpassung an bestehende Wasseraufbereitungsbeete und unterschiedliche Adsorptionsanforderungen.
• Wichtigste Einschränkungen: Feiner ist nicht immer besser. Eine Verringerung der Partikelgröße kann zwar den Stoffaustausch fördern, aber auch den Druckabfall im Bett erhöhen. Die Abriebfestigkeit und der Feinanteil hängen von der jeweiligen Sorte ab.

Was ist Pellet-Aktivkohle?

Pellet-Aktivkohle ist Aktivkohle, die durch Extrusion zu zylindrischen Pellets geformt wird; sie wird auch als extrudierte Aktivkohle bezeichnet. Ein typischer Herstellungsprozess umfasst die Formulierung, die Extrusion sowie die entsprechenden Karbonisierungs- und Aktivierungsschritte. Durch die Formgebung werden die Außenabmessungen festgelegt, während die Aktivierung die innere Porenstruktur aufbaut; beide Schritte dienen jeweils einem anderen Zweck.

Kohlenstoffpellets werden in der Regel nach ihrem Durchmesser angegeben, beispielsweise 3 mm oder 4 mm. Pellets mit demselben Durchmesser können dennoch unterschiedliche Längenverteilungen aufweisen. Qizhongs Sortiment an Aktivkohle-Pellets umfasst diese beiden Durchmesser sowie weitere Optionen; bei der tatsächlichen Beladung sollte zudem die Pelletlängenverteilung berücksichtigt werden.

Diese Form wird häufig in Festbetten für die industrielle Abgasbehandlung, Luftreinigung und Lösungsmittelrückgewinnung eingesetzt. Dank ihrer regelmäßigen Form und der verfügbaren Durchmesser eignet sie sich besonders für Gasphasenbetten, die auf einen geringen Druckabfall ausgelegt sind. Hochfeste und staubarme Sorten können zudem dazu beitragen, den Partikelbruch beim Befüllen und während des Betriebs zu verringern.

• Wichtigste Vorteile: Die regelmäßige Form erleichtert die Auswahl passender Gasfestbetten nach Durchmesser, wobei verschiedene Qualitäten erhältlich sind, um die Anforderungen an Festigkeit, Staubentwicklung und Durchfluss miteinander in Einklang zu bringen.
• Wichtigste Einschränkungen: Ein größerer Durchmesser führt nicht automatisch zu einer besseren Aufbereitung. Partikelgröße, Verweildauer und die zu entfernende Verunreinigung müssen weiterhin aufeinander abgestimmt sein, und für manche Wasseraufbereitungsanwendungen sind Spezifikationen erforderlich, die speziell auf diesen Einsatzzweck zugeschnitten sind.

Granulat- vs. Pellet-Aktivkohle: Vergleich auf einen Blick

Was eignet sich besser für die Wasseraufbereitung oder die Gasreinigung?

Bei einem herkömmlichen Anwendung in der Wasseraufbereitung, ist granuliertes Aktivkohle in der Regel der direktere Ausgangspunkt. Es ist in verschiedenen Rohstoffqualitäten und Korngrößen erhältlich, was es einfacher macht, die bereits in der Anlage integrierte Filtermedien-Spezifikation beizubehalten und an den Wasserdurchfluss sowie die Rückspülbedingungen anzupassen. Beim Austausch von Aktivkohle in einem bestehenden Filterbett ist es, sofern in der ursprünglichen Auslegung eine Korngröße festgelegt ist, im Allgemeinen zuverlässiger, zunächst nach einer geeigneten Sorte in derselben Form zu suchen, anstatt die Form sofort zu ändern.

Für eine Anwendung in der industriellen Luft- oder Gasaufbereitung Wo der Belüftungswiderstand eine wichtige Rolle spielt, lohnt es sich, Pelletkohle bei der Bewertung vorrangig zu berücksichtigen. Bei der Behandlung von Industriegerüchen oder Lösungsmitteldämpfen ist beispielsweise nicht nur ein geeignetes Adsorptionsmittel erforderlich, sondern auch ein ausreichender Luftdurchsatz durch das Kohlebett innerhalb des zulässigen Druckabfalls. Für diese Anwendungen gibt es bewährte Pelletkohle-Produkte.

Die beiden Formen überschneiden sich in ihrer Anwendung: Granulatkohle wird auch in Festbetten in der Gasphase eingesetzt, und einige Pellet-Sorten eignen sich für die Wasseraufbereitung. Wenn die vorhandenen Anlagen einwandfrei funktionieren, besteht kein Grund, die Auslegung des Filtermediums zu ändern, nur weil die andere Form in einem bestimmten Anwendungsbereich häufiger verwendet wird.

Der Ausgangspunkt ist klar: Beginnen Sie mit körnigem Aktivkohle für herkömmliche Wasseraufbereitungsbetten und prüfen Sie zunächst Pellet-Aktivkohle für industrielle Gasbetten mit geringerem Widerstand. Bei bestehenden Anlagen sollten Sie die ursprünglichen Auslegungsspezifikationen als Grundlage für die Suche nach einer alternativen Sorte heranziehen.

Welche Form weist einen geringeren Strömungswiderstand auf?

In Gasphasensystemen beeinflusst der Druckabfall, ob der Ventilator den gewünschten Durchfluss liefern kann und wie viel Energie das System verbraucht. Aufgrund seiner regelmäßigen Form und der verfügbaren Durchmesser eignet sich Pelletkohle für den Einsatz in einem Bett mit geringerem Widerstand; dies ist ein Grund, warum sie häufig für die industrielle Gasreinigung in Betracht gezogen wird.

Bei körnigem Aktivkohle muss gleichzeitig die Siebgröße berücksichtigt werden. Grobere Körner können ebenfalls in Gasbetten verwendet werden. Feinere Partikel verkürzen zwar die interne Diffusionsstrecke, verursachen jedoch häufig einen höheren Druckabfall. Beim Vergleich des Widerstands sollten daher sowohl die Partikelgröße als auch die Partikelform berücksichtigt werden.

Wenn Sie zwei in Frage kommende Baugrößen vergleichen, fragen Sie den Lieferanten nach den Druckverlustdaten unter denselben Gasbedingungen, bei derselben tatsächlichen Durchflussrate und derselben Bettgeometrie. Erst dann können Sie beurteilen, welche Ausführung einen größeren Teil der verfügbaren Druckreserve des Ventilators beanspruchen wird.

Wenn die Druckreserve des Gebläses begrenzt ist, sollten die Siebspezifikationen zunächst anhand des Druckabfalls bei der Soll-Durchflussrate festgelegt werden. Die Wahl einer geeigneten Granulatsorte sollte Priorität haben; es gibt jedoch keinen Grund, eine bestehende Lösung mit grobkörnigem Granulat und geringem Widerstand allein aus Gründen der Produktform zu ersetzen.

Welche Form bietet eine bessere Adsorption?

Wenn die Frage lautet: “Welche Form kann mit derselben Tonne Aktivkohle mehr Schadstoffe binden?”, hängt die Antwort in erster Linie von der Materialqualität ab, nicht von der äußeren Form. Ein Großteil der Adsorptionsfläche von Aktivkohle befindet sich innerhalb ihrer Porenstruktur. Rohstoff, Aktivierung und Oberflächenbehandlung beeinflussen alle die Leistungsfähigkeit gegenüber verschiedenen Substanzen. Die Formung von Aktivkohle zu regelmäßigen kleinen Zylindern erhöht nicht automatisch die Kapazität für den Zielschadstoff.

Die Partikelgröße ist eine einstellbare Eigenschaft von granuliertem Aktivkohle. Bei ansonsten vergleichbaren Materialien verkürzen kleinere Partikel im Allgemeinen den internen Diffusionsweg und können die Adsorptionsrate verbessern, doch eine schnellere Rate bedeutet nicht zwangsläufig eine höhere Sättigungskapazität. Pelletkohle ist ebenfalls in verschiedenen Durchmessern erhältlich und sollte daher nicht pauschal als “immer gröber und langsamer” als granulierte Kohle betrachtet werden.

Beispielsweise sollte die normale VOC-Adsorption unter Verwendung der Zielverbindung in der jeweiligen Konzentration, bei der jeweiligen Temperatur und Luftfeuchtigkeit verglichen werden. Ist eine Imprägnierung erforderlich, sollten zunächst Formulierungen geprüft werden, die für das Zielgas geeignet sind. Sowohl Granulat- als auch Pelletprodukte sind in modifizierten Ausführungen erhältlich; die Imprägnierung ist nicht auf eine der beiden Formen beschränkt.

Die Jodzahl oder der CTC-Wert können zwar dazu beitragen, die in den Spezifikationen angegebene Leistungsfähigkeit eines Produkts zu beschreiben, ersetzen jedoch keinesfalls einen Vergleich der tatsächlichen Reinigungsleistung für jeden einzelnen Schadstoff.

Die Adsorptionsleistung sollte nicht allein anhand der Produktform beurteilt werden. Fordern Sie Daten zur Arbeitskapazität oder zum Durchbruch der Zielverunreinigung unter den angegebenen Betriebsbedingungen an und vergleichen Sie diese anschließend mit der erforderlichen Verweildauer. Dies gibt eine aussagekräftigere Antwort auf die Frage “Welches Produkt kann mehr behandeln?” als ein reiner Vergleich der Jodzahlen.

Was ist langlebiger und verursacht weniger Staub?

Einige Pellet-Kohlesorten sind auf hohe mechanische Festigkeit und geringe Staubentwicklung ausgelegt, wodurch sie sich für Gasanlagen eignen, bei denen es darauf ankommt, Beschädigungen durch die Beschickung und Feinanteile im Bett zu reduzieren.

Es sind auch hochfeste Produkte aus granuliertem Kohlenstoff erhältlich. Der Rohstoff und das Herstellungsverfahren beeinflussen die Festigkeit des Endprodukts. Bei Anwendungen, bei denen Rückspülung oder Förderung eine Rolle spielen, sollte eine entsprechend spezifizierte Granulatsorte nicht allein deshalb ausgeschlossen werden, weil ihre Partikel unregelmäßig geformt sind.

Bei der Beschaffung sollten Sie die Härte- oder Abriebfestigkeitswerte unter Verwendung derselben Prüfmethode vergleichen und anschließend den anfänglichen Feinanteil sowie die tatsächlichen Betriebsbedingungen berücksichtigen. In der Wasseraufbereitung ist der Verschleiß während der Rückspülung zu beachten; in Gasphasenbetten sind oft die Beschädigung des Füllguts und die Staubbekämpfung dringlichere Probleme.

Bei Gasbetten sollte der Schwerpunkt auf Bruchfestigkeit und Feinanteil liegen; bei rückgespülten Filterbetten auf Abriebfestigkeit. Im ersten Fall kann mit staubarmen Pellet-Sorten begonnen werden, während im zweiten Fall eine verschleißfeste Granulatsorte gewählt werden sollte, die den Anforderungen der Anlage entspricht.

Welche Variante weist die geringeren Gesamtkosten auf?

Körnige Aktivkohle ist nicht unbedingt günstiger, und Pellet-Aktivkohle ist nicht unbedingt teurer. Rohstoff, Aktivierungsgrad, Nachbehandlung und Einkaufsspezifikationen beeinflussen alle das Angebot. Nur Angebote für bestimmte Qualitäten unter denselben Einkaufsbedingungen können Aufschluss darüber geben, welche Variante den niedrigeren Einkaufspreis aufweist.

Bei den Betriebskosten ist ein weiterer Schritt zu berücksichtigen. Wenn für granulierte Aktivkohle die bestehenden Spezifikationen des Wasseraufbereitungsbetts verwendet werden können, lässt sich möglicherweise vermeiden, dass die Anlagen nach dem Austausch des Filtermediums neu abgestimmt werden müssen. Wenn die Pellet-Aktivkohle die Anforderung an einen geringeren Widerstand bei der angestrebten Gasdurchflussmenge erfüllt, kann dies einen Vorteil hinsichtlich des Energieverbrauchs des Ventilators bieten.

Auch die zur Befüllung desselben Bettvolumens erforderliche Kohlemenge kann variieren. Betrachtet man lediglich den Preis pro Tonne, können die Beladungsmenge, der Energieaufwand, die Austauschhäufigkeit und die Entsorgungskosten außer Acht gelassen werden. Vergleichen Sie diese Kosten daher für dasselbe Behandlungsvolumen oder denselben Betriebszeitraum.

Ein praxisnaherer Preisvergleich sieht folgendermaßen aus: Berechnen Sie zunächst die Kosten für die Befüllung eines Bettes und anschließend die Energie-, Austausch- und Entsorgungskosten für denselben Behandlungsdurchsatz. Eine Sorte mit einem etwas höheren Anschaffungspreis kann wirtschaftlicher sein, wenn ihre Betriebsleistung besser für die jeweilige Anwendung geeignet ist.

Wie sollten Sie die endgültige Entscheidung treffen?

Verwenden Sie vorzugsweise Granulat-Aktivkohle, wenn:

• Sie wählen ein Filtermedium für ein herkömmliches Adsorptionsbett zur Wasseraufbereitung aus und müssen dabei die Korngröße, den Wasserdurchfluss und die Rückspülbedingungen aufeinander abstimmen.
• Die vorhandene Anlage verwendet bereits geeignetes granuliertes Aktivkohle, und Sie möchten eine besser geeignete Sorte auswählen, ohne die Auslegung des Filtermediums zu ändern.

Verwenden Sie vorzugsweise Pellet-Aktivkohle, wenn:

• Sie planen oder erwerben eine Festbettreaktion mit Industriegas, bei der ein geringer Strömungswiderstand eine wichtige Voraussetzung ist.
• Die Anlage erfordert stranggepresstes Kohlenstoffmaterial mit einem bestimmten Durchmesser und stellt klare Anforderungen hinsichtlich Festigkeit, Bruchverhalten und Staubbildung.

Wenn beide Produkte die Grundvoraussetzungen erfüllen, ist das Produkt, das sich zu kaufen lohnt, die Qualität, mit der das Behandlungsziel in Ihrer Anlage bei vertretbaren Betriebskosten erreicht wird. Die Produktform bildet den Ausgangspunkt für den Vergleich; die Anwendungsleistung entscheidet über die endgültige Wahl.

Häufig gestellte Fragen

Kann granulierte Aktivkohle direkt durch Pellet-Aktivkohle ersetzt werden?

Nicht einfach durch den Austausch gegen ein Material mit demselben Gewicht. Das gleiche Gewicht nimmt möglicherweise nicht das gleiche Volumen ein, und eine Änderung der Partikelgröße kann den Durchfluss im Filterbett beeinflussen. Bei Wasseraufbereitungsanlagen sollten Sie außerdem die Halterung und die Anordnung der Filtermedien sowie die Rückspülbedingungen überprüfen. Vergleichen Sie die Partikelabmessungen, die Beladungsmenge und die Betriebsanforderungen des neuen Produkts mit der ursprünglichen Anlagenauslegung, bevor Sie entscheiden, ob ein Austausch sinnvoll ist.

Was hält länger: Granulat- oder Pelletkohle?

Es gibt keine allgemeingültige, von der Form abhängige Lebensdauer. Die Lebensdauer hängt von der zu entfernenden Verunreinigung, der Belastung, der effektiven Kapazität, den Kontaktbedingungen und der zulässigen Konzentration im behandelten Wasser bzw. im Abgas ab. Bewerten Sie die in Frage kommenden Werkstoffsorten unter denselben Betriebsbedingungen und anhand derselben Austauschkriterien, um die voraussichtliche Betriebsdauer abzuschätzen.

Inwiefern stehen Kohle- und Kokosnussschalen-Kohle mit Granulat- und Pellet-Kohle in Zusammenhang?

Die ersten beiden Begriffe beziehen sich auf den Rohstoff, die beiden letzteren auf die Produktform. Sowohl Kohle- als auch Kokosnussschalen-Aktivkohle können in verschiedene Produktformen verarbeitet werden. Granulat-Aktivkohle sollte nicht mit Kokosnussschalen-Aktivkohle gleichgesetzt werden, und Pellet-Aktivkohle sollte nicht automatisch mit Kohle-Aktivkohle gleichgesetzt werden. Geben Sie bei der Anforderung von Angeboten den Rohstoff, die Form und die Anwendungsstufe separat an, damit die Produkte genau verglichen werden können.

Quellen

Dieser Artikel bezieht sich auf die folgenden technischen Originalunterlagen und Produktunterlagen; die Größenbeispiele stammen aus den öffentlich zugänglichen Produktpaletten von Qizhong.

• CarboTech: Produktformen und Anwendungsbereiche von Aktivkohle
• Donau Carbon: Produktkategorien für Wasseraufbereitung und Gasreinigung und Produktinformationen zur Gasreinigung
• CarboTech: Imprägnierungsbehandlung und Zielverunreinigungen
• Calgon Carbon: Grundlagen der Aktivkohle – Partikelgröße, Adsorption und Bettgestaltung
• Qizhong-Sortiment an granuliertem Aktivkohle und Sortiment an Aktivkohle-Pellets