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Verfahren zur Umwandlung kohlenstoffhaltiger Stoffe in Vollkohle.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Umwandlung von kohlenstoffhaltigen Stoffen in dichte Vollkohle auf dem Wege der Erhitzung der in geeigneter Weise vorgetrockneten und geformten
Stoffe unter gasdichtem Abschluss des Erhitzungsraumes. Ein solches Verfahren zur Herstellung eines steinkohlenähnlichen Brennmaterials aus Torf ist bekannt ; auch bei diesem bekannten Verfahren wird bezweckt, die bei der Umwandlung entwickelten flüchtigen Kohlenwasserstoffe dem Endprodukt ein- zuverleiben. Es ist aber nicht erkannt worden, dass für die restlose und innige Einverleibung der bei der Erhitzung entstehenden flüchtigen Stoffe Bedingung ist, das Entstehen schädlicher Leerräume innerhalb des Erhitzungsraumes zu vermeiden.
Das Verfahren nach vorliegender Erfindung trägt dieser Erkenntnis dadurch Rechnung, dass die Erhitzungskammer, in welcher die Umwandlung der Materialien in Kohle stattfindet, mit den zweckentsprechenden vorbehandelten Stoffen vollkommen, also unter Vermeidung von Leerräumen zwischen Kammerwandung und Formstücken (Vorpresslingen) sowie zwischen letzteren selbst ausgefüllt wird. Bei diesem Verfahren nach der Erfindung werden die bei der Erhitzung entstehenden DestiHationsprodukte mit Sicherheit gezwungen, innerhalb der Stoffmasse zu verbleiben und sie gleichmässig und innig zu durchdringen.
Bei der Anwendung des Verfahrens auf die Umm andlung von Stoffen pflanzlichen Ursprungs (Holz, Torf, holzige Braunkohle, Blätter, Moos u. dgl. ) in Vollkohle genügt die volle Ausfüllung der Erhitzungskammer bei Beginn der Operation allein nicht zur Vermeidung schädlicher freier Räume, da bei dem teilweise schwammigen Charakter der Grundstoffe solche freien Räume während des Umwandlungsverfahrens noch nachträglich durch Zerstörung oder Zerfall de.
Struktur der Briketts entstehen können. Nach der Erfindung wird diese Art schädlicher Räume dadurch vermieden, dass die Formstücke während der Umwandlung in dem Erhitzungsraume einer äusseren Pressung unterworfen werden, welche sie dauernd während der Umwandlung verdichtet, d. h. die schwad- lichen freien Räume wieder vernichtet. Für den Erfolg des Umwandlungsverfahrens ist neben den Vorgängen bei der Umwandlung selbst auch der Zustand der Stoffe bei Beginn der Umwandlung von Bedeutung. Es ist zwar an sich bekannt, dass die Stoffe pflanzlichen Ursprungs vor der Verkohlung einer Vortroeknung unterzogen werden müssen.
Die Trocknung allein, welche nur das Wasser aus den Stoffen ganz oder teilweise entfernt, genügt aber zur Hervorbringung einwandfreier Grundstoffe für die Umwandlung nicht. Es werden vielmehr die pflanzlichen Stoffe vor der Einführung in den Erhitzungsraum in an sieh bekannter Weise einer so starken Vorwärmung unterzogen, dass nicht nur das Wasser, sondern auch vorhandene Sauerstoffverbindungen entfernt werden, was am zweckmässigsten durch eine V 0"- wärmung in zwei hintereinandergeschalteten Abteilungen bewirkt wird, von denen die erstere auf einer Temperatur von etwa 1500 gehalten wird, während die zweite stärker, bis auf 2500, erwärmt wird.
Das Verfahren besteht im wesentlichen darin dass die Stoffe unter mässigem Druck zu einheitlichen Vorpresslingen geformt werden und diese Vorpresslinge in einer Erhitzungskammer weiterbehandelt werden, die die Form eines Rohres hat, dessen Innenquerschnitt dem Aussenquerschnitt der Vorpresslinge entspricht, so dass diese Vorpresslinge das Erhitzungs-bzw. Umwandlungsrohr ohne schädlichen Leerraum satt ausfüllen und dieses Rohr ohne Änderung dieser satten Füllung kontinuierlich durchlaufen können. Die Vorpresslinge werden zweckmässig durch je eine in das Rohr mit den Vorpresslinge eingebrachte und in dem Rohr geführte Metallplatte getrennt, wobei einerseits eine bessere Abdichtung und Wärmeverteilung, anderseits durch den Vorschub druck eine selbsttätige Verdichtung der vorwärts gedrückten Stoffe hervorgerufen wird.
An sich ist ein Verkohlungsverfahren bekannt, bei welchem das
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Art, bei der die entstehenden Gase abgeleitet werden, also nicht mit gasdicht abgeschlossenem Rohr, anderseits nicht für vorher in die Form von Vorpresslingen gebrachte Grundstoffe zur Umwandlung in Briketts.
Das Verfahren nach vorliegender Erfindung ist auch zur Umwandlung von ganz mineralischen,
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beispielsweise pflanzliche Stoffe. Das beste Mischungsverhältnis zwischen Kohlenstaub und pflanzlichen Stoffen ist ein Verhältnis der Gewichte von etwa 5 : 1.
Die Zeichnung zeigt einen schematischen Aufriss durch eine Einrichtung, die sich beispielsweise zur Ausführung des Verfahrens eignet. Die Zeichnung soll im wesentlichen nur dazu dienen, den Gang des Verfahrens zu verdeutlichen. Die Einzelheiten der Einrichtung sind für das angemeldete Verfahren ohne Bedeutung ; das Wesen der Erfindung ist von der Bauart der Apparatur unabhängig.
Bevor die Grundstoffe der Verkohlung unterzogen werden, werden sie einer Vorbehandlung unterworfen. Bei allen Stoffen ist eine vorbereitende weitgehende Zerteilung notwendig, um eine möglichst homogene Masse zu bilden. Nach der Zerkleinerung werden die Stoffe in einen Trockenapparat eingebracht, der zwei oder mehr voneinander getrennte Abteilungen hat, welche miteinander in Verbindung stehen.
Bei der dargestellten Einrichtung ist der Trockenapparat oben angeordnet, und besteht aus den beiden Abteilungen 11 und 12. Die beiden Abteilungen werden, wie bekannt, in verschiedener Stärke beheizt, entweder durch die Abgase der untenliegenden Hauptfeuerung d oder durch besondere Feuerungen, u. zw. so, dass die erste Abteilung auf einer Temperatur von nicht mehr als 1500, die zweite Abteilung l2 auf einer Temperatur von etwa 2500 gehalten wird.
Die durch einen Trichter t eingeführten Stoffe werden
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zweite Abteilung 12 hindurchgeführt. In der ersten Abteilung findet im wesentlichen nur Trocknung, also Wasserverdampfung statt, in der zweiten Abteilung beginnt eine Zersetzung, derart, dass Kohlensäure, Essigsäure u. dgl. Sauerstoff Verbindungen entweichen, wobei die harzigen und teerigen Bestandteile aber unzersetzt in den Stoffen erhalten bleiben. Die Wasserdämpfe aus der ersten Abteilung entweichen durch den Rohrstutzen r.
Die Destillationsprodukte der Abteilung l2 ziehen durch eine Rohrleitung g ab, die zu einem Kondensationstopf eführt. Zweckmässig wird das Rohr g gekühit, indem mittels eines Ventilators h Luft durch einen die Rohrleitung g umgebenden Mantel i hindurchgeführt wird. Die in dem Kondensationstopf kondensierten Nebenprodukte können in geeigneter Weise verwendet werden ; die nicht kondensierbaren Gase können durch die Leitung p der Feuerung zugeleitet und so ausgenutzt werden.
Die Absonderung der Sauerstoffverbindungen aus den zu verkohlenden Stoffen erhöht einerseits infolge der Ausnutzbarkeit der Nebenprodukte die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens, anderseits erhalten die zu verkohlenden Stoffe durch die Entfernung dieser Bestandteile die Eigenschaft, besser und inniger zusammenzuhalten. Die Nebenprodukte entwickeln bei ihrer Entstehung eine exothermische Reaktion, so dass nur geringe äussere Wärmezufuhr erforderlich ist.
Nach Verlassen der zweiten Abteilung l2 des Trockenapparates gelangen die Stoffe mit den in ihnen noch unversehrt enthaltenen harzigen und teerigen Bestandteilen, ohne abgekühlt zu werden, in eine
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entsprechend geformten Zylinder Je2 zusammen. Unten wird der Zylinder k2 von einer Metallrohre b gekreuzt, an deren Ende ein Stempel oder Kolben a arbeitet, welcher bei jedem Hub einen von dem Stempel kl erzeugten Vorpressling v in die Röhre b unter Druck weiter befördert. Hiebei wird in bekannter Weise immer zwischen je zwei Vorpresslinge v eine Metallplatte o von aussen her eingefügt, deren äusserer Umfang dem Innenquerschnitt der Röhre b entspricht.
Die aus der Presse heraustretenden Vorpresslinge haben zwar einen gewissen, für die Weiterbehandlung ausreichenden Zusammenhalt, werden aber erst in der Röhre b, wo sie der eigentlichen Verkohlung unterzogen werden, zu widerstandsfähigen und heiz- technisch vollwertigen Briketts. Die in die Röhre b eintretenden V orpress1inge entsprechen in ihrer äusseren Form dem Innenquerschnitt der Röhre. Sie füllen bei ihrem Durchgang durch die Röhre diese vollständig ohne Leerräume aus. Der erste Teil b1 der Röhre wird von den aus der Feuerung d kommenden Gasen umspült und derart geheizt, dass in der Röhre eine Temperatur von etwa 3000 C aufrecht erhalten wird, der zweite Teil b2 der Röhre ist der Luft frei ausgesetzt. Die Röhre b ist vollständig gasdicht abgeschlossen.
Die Länge der Röhre wird unter Berücksichtigung der Durchtrittsgeschwindigkeit der Vorpresslinge so bemessen, dass diese beim Durchgang von einem Ende der Röhre bis zum andern die erforderliche Zeit zur vollständigen Umwandlung in Vollkohlebriketts finden. Durch den Druck des die Vorpresslinge nachschiebenden Stempels a wird bewirkt, dass die Vorpresslinge beim Durchgang einer Verdichtung unterworfen werden, also immer die durch den Zerfall der Struktur entstehenden inneren Leerräume selbsttätig wieder verschwinden. Die zwischen die einzelnen Vorpresslinge eingefügten Metallplatten verhindern diese, sich zu deformieren und sich unter Wirkung des Pressdruckes miteinander zu vereinigen, lassen aber einen Durchtritt und eine Verteilung der Wärme zu.
Beim Durchlaufen der Röhre
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werden in den Vorpresslinge schwerere Kohlenstoffverbindungen entwickelt, wobei diese mangels vorhandener Leerräume aus den Kohlenbestandteilen der Stoffe nirgends heraustreten können. Es findet eine molekulare Durchdringung und Durcharbeitung der Masse statt, die dabei vorübergehend einen teigigen Zustand annimmt. Die Vorpresslinge verlassen den Röhrenteil bl als feste Kohle. Einem gewissen Bruchteil flüchtiger Bestandteile, die den Vorpresslingen nicht einverleibt werden, wird am Ausgangsende des Rohrteils bl Gelegenheit gegeben, durch ein Ablassrohr t zu entweichen.
Die durch das Rohr t ent- wichenen Gase und Dämpfe werden zweckmässig zuerst in den Kondensationstopf e geleitet, von wo die gasförmig verbleibenden Teile durch das Rohr p der Feuerung zugeleitet und ausgenutzt werden können. Am Ende des Teiles bl der Umwandlungsröhre ist die Umwandlung, welche unter gleichzeitiger satter Ausfüllung des Raumes, Luftabschluss und Zusammendrückung vor sich gegangen ist, beendet. Die Briketts verlassen diesen Teil der Röhre mit einer Temperatur von etwa 3000 C und treten dann in den Kühlabschnitt b2 der Röhre über, aus welcher die Briketts mit den Zwischenplatten o herausfallen. Die Zwischenplatten werden immer aufs neue verwendet. Die Abteilung b2 der Röhre kann einer besonderen Kühlung unterworfen werden, indem sie von einem Mantelrohr umgeben wird, durch welches man Kühlluft führt.
In manchen Fällen kann die Heizkraft der Endprodukte noch dadurch erheblich vergrössert werden, dass man den Stoffen während der ersten Zersetzung im Trockenapparat Rückstände schwerer Öle oder an Kohlenwasserstoff sehr reicher Petroleumrückstände beifügt.
Bei Anwendung des Verfahrens auf Torf muss auf zweckmässige Vorbereitung und Reinigung des Torfes gesehen werden, insbesondere auf Entfernung der erdigen Bestandteile und Verminderung des Wassergehaltes auf 25 -30%.
Das vorliegende Verfahren ermöglicht neben seiner Anwendbarkeit auf alle kohlehaltigen Ausgangsstoffe die Verwertung sonst schwer in Vollkohlebrikette umwandelbarer Stoffe ; insbesondere kann
Steinkohlegrus und überhaupt mineralischer, an flüchtigen Kohlenwasserstoffen armer Kohle- oder Braunkohlestaub dadurch zu einem wertvollen Stoff für das vorliegende Verfahren werden, dass er einen Zusatz von nicht oder wenig mineralisierten pflanzlichen Stoffen erhält, die an flüchtigen Kohlenwasserstoffen reich sind, beispielsweise Pflanzen, Blätter, Moose, Schwämme und junge Torfe. Hiebei hat sich als vorteilhaftes Mischungsverhältnis ein Verhältnis der Gewichte von 5 : 1 zwischen mineralischen und pflanzlichen Stoffen ergeben.
Die pflanzlichen Stoffe werden vor der Verwendung als Zusatzstoffe zweckmässig zuerst einer beginnenden Zersetzung durch Gärung unterzogen und dann durch Zerreibung in pulvrigen Zustand gebracht. Der Kohlengrus wird zweckmässig vor der Mischung durch Waschung von den erdigen Beimischungen befreit, dann wieder getrocknet und, soweit erforderlich, fein und gleichmässig zerrieben.
Die Weiterbehandlung des Gemisches ist dieselbe, wie vorher beschrieben, wobei jedoch unter Umständen von der Anwendung eines äusseren Druckes abgesehen werden kann. Bei der Behandlung in dem gasdicht abgeschlossenen Rohr b liefern die pflanzlichen Stoffe Kohlenwasserstoffe, diese durchdringen innig die Kohlenbestandteile und bringen die ganze Masse in einen einheitlichen kohleartigen Zustand. So hergestellte Kohle ist fester und widerstandsfähiger als durch Teer agglomerierte Kohle und hat den Vorteil, auf dem Rost nicht auseinanderzufallen und keine Dämpfe zu entwickeln ; auch zerkleinerter Holzstoff kann zur Agglomerierung von Steinkohle dienen.
Braunkohle wird zweckmässig vor der Vermischung mit pflanzlichen Stoffen von fremden Stoffen befreit ; aus einer Mischung von Braunkohle mit pflanzlichen Stoffen entstehen Vollbriketts, die ohne Rauchentwicklung brennen und keine Schlacken erzeugen.
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1. Verfahren zur Umwandlung kohlenstoffhaltiger Stoffe in Vollkohle durch Erhitzung der vorgetrockneten Stoffe, dadurch gekennzeichnet, dass die Stoffe nach vorheriger Formung in einen Erhitzungsraum übergeführt werden, welcher der Form der geformten Vorpresslinge so angepasst ist, dass diese den Erhitzungsraum unter Vermeidung von Leerräumen satt und dicht ausfüllen, wobei der Erhitzungsraum gasdicht abgeschlossen ist.