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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von hochaktiver Kohle.
Es ist bekannt, dass die Aktivierung von kohlenstoffhaltigem Material mit aktivierenden Gasen beträchtliche Temperaturen erfordert, je nach der Art des Ausgangsmaterials, z. B. solche von 700 bis 1000 , und es ist ferner bekannt, dass es vorteilhaft ist, für diesen Aktivierungsprozess möglichst hohe Temperaturen bei entsprechend kurzer Zeitdauer anzuwenden.
Es ist ferner bekannt, dass bei der Aktivierung mit Gasen, wie Wasserdampf und Kohlensäure, die den Sauerstoff in chemischer Bindung enthalten. ganz beträchtliche Wärmemengen zur Durchführung des Prozesses selber aufgewendet werden müssen. Infolgedessen gewinnt die Frage einer möglichst vorteilhaften direkten Beheizung des Aktivierungsgutes erhöhte Bedeutung, denn es ist bekannt, dass durch die üblichen Chamotteretorten von zirka. 60 m'm Wandstärke auch bei einem Temperaturgefälle von mehreren 100 nur sehr geringe Wärmemengen pro Stunde und Einheit der Heizfläche zugeführt werden können.
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einfach das verbrennende oder verbrannte Heizgas selber, das ja immer Kohlensäure und Wasserdampf enthält, zur Aktivierung benutzt.
Es wurde nun gefunden, dass man mit grossem Vorteil die Einwirkung des Heizgases und des aktivierenden Gases scharf trennt, u. zw. derart, dass man die Heizgase nur so weit an die Schicht des zu aktivierenden Gutes heranführt, dass sie wohl durch Strahlung und Konvektion die fortwährende Aufheizung gestatten, jedoch nicht das zu aktivierende Gut durchsetzen können, während anderseits das aktivierende Gas in voller Konzentration, z. B. reiner Wasserdampf oder aber ein Gas mit mindestens 30% Kohlensäure die Schicht des Aktivierungsgutes durchströmt.
Durch geeignete Bemessung der Strömungs-
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bei vollständiger Ausnutzung des Heizwertes der Heizgase stets noch unverbrannten Sauerstoff enthalten wird, von der unmittelbaren Einwirkung auf das Aktivierungsgut fernzuhalten, mechanisch dadurch, dass der Strom der aktivierenden Gase eine Art Sehutzpolster auf der Oberfläche des zu aktivierenden Gutes bildet, chemisch dadurch, dass die aktivierenden Gase. die während des Durchganges durch das rotglühende Aktivierungsgut teilweise in Wasserstoff bzw. Kohlenoxyd bzw. ein Gemisch beider übergeführt worden sind und nun selber brennbar sind, und in erster Linie den überschüssigen Sauerstoff der Heizflamme verzehren werden.
Diese Anordnung hat, wie man sieht, den weiteren unmittelbaren Vorteil, dass durch die Verbrennung des bei der Aktivierung entstandenen Wasserstoffes und Kohlenoxyds unmittelbar über der Oberfläche des zu aktivierenden Gutes die grösste Hitzeentwicklung
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zurückkehren, wo sie der Einwirkung der aktivierenden Gase in erhöhtem Masse ausgesetzt sind.
Jedoch sollen diese Durchmischungsvorriehtungen nicht bezwecken, das aktivierende Gut in eine sogenannte
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verfahrens auch zur Ausführung einer teilweise auf chemischem Wege stattfindenden Aktivierung verwendet werden, indem man das zu aktivierende Gut vorher in an sieh bekannter Weise mit geeignete Chemikalien tränkt und das Produkt der Aktivierung, wenn nötig, von den Rückständen dieser Chemikalien durch irgendwelche Waschprozesse wieder befreit.
Das Prinzip des Aktiviernngsverfahrens sei an Hand der schematischen Fig. 1 und 2 erläutert.
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Auf dieser Unterlage A ruht das zu aktivierende kohlenstoffhaltige Material, z. B. Holzkohlengri (ss. in einer dünnen Schicht B. Die Heizgase selber mit einer Temperatur von beispielsweise 1000-12000 (' werden waagrecht über die Oberfläche des zu aktivierenden Gutes hinweggeführt. Die durch das aktivierende Gut hindurchströmenden und an der Oberfläche austretenden Aktivierungsgase verhindern die unmittelbare Berührung der Heizgase mit dem kohlenstoffhaltigen Material, wodurch eine zu weitgehende Erhitzung und Aufzehrung der jeweils in den allerobersten Schichten befindlichen Teilchen verhindert werden.
Sie üben ferner eine chemische Schutzwirkung aus, indem sie beim Durchgang durch das kohlenstoffhaltige Material zum Teil eine Umwandlung in brennbare Gas ?, wie Wasserstoff und Kohlenoxid, erfahren haben. Indem ferner diese Gase unmittelbar über der Oberfläche des kohlenstoffhaltigen Materials mit dem in den Heizgasen etwa noch enthaltenen Sauerstoff verbrennen, erl'ohen sie den Heizeffekt in unmittelbarer Nähe des aufzuheizenden Materials, was besonders wichtig ist an Stellen, wo die Heizgase infolge eines längeren Weges schon etwas abgekühlt hingelangen.
In Fig. 2 ist die tragende Platte aus feuerfestem Material undurchlässig. Die aktivierenden Gas" werden mit Hilfe eines oder mehrerer Rohre C in die Schicht des zu aktivierenden Materials B eingeführt, zweckmässig durch nach abwärts gerichtete Öffnungen, um Verstopfungen des Rohres C zu vermeiden. Fig. 2 zeigt ferner eine andere Erhitzungsweise, indem gegenüber der zu aktivierenden Schicht eine Anzahl von Brennern D angebracht ist, deren Heizgase auf die Oberfläche der zu aktivierenden Schicht
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Die beiden Abbildungen sollen das der Erfindung zugrunde liegende Aktivierungsprinzip nur beispielsweise veranschaulichen.
Es ist im Rahmen der Erfindung möglich, das zu aktivierende Gut auch anders als waagrecht zu lagern, beispielsweise in Zylinder mit waagrechter oder senkrechter Aebse, wobei zur Regulierung der Schichthöhe bewegliche oderfeststehende mechanische Vorrichtungen bekannter Art dienen können. Ebenso'kann der Strom der Heizgase in jeder beliebigen Weise der Oberfläche der Schicht des A1. "tivierungsgutes nahe gebracht werden.
Eine Anordnung gemäss Fig. 2 kann mit Vorteil zur Ausführung des Verfahrens gemäss Anspruch 2 dienen, indem die in der Schicht des zu aktivierenden Materials eingebetteten Rohre C als Rechen oder Rührer zur Durchmischung des Aktivierllnggutes
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Zur Ausführung des Verfahrens haben sich Kreis-oder Vieleekzylinder mit waagrecht gelagerter Achse als besonders geeignet erwiesen, wobei dann die erwähnte Durchmischung des Gutes durch ein langsames Hin-und Herschwingen dieser Gefässe oder auch durch eine langsame Rotation erzielt werden kann. Zur Verstärkung der Rührwirkung lassen sich dann noch in das Innere soleher zylindrischer Gefässe feststehende, d. h.
die augenblickliche Bewegung des Zylinders nicht mitmachende oder im Gegensinne bewegte Rührvorrichtungen anbringen.
Um die Aktivierungsgase von unten her in die Schicht des zu aktivierenden Materials einzufübren. kann man entweder das feuerfeste Innenfutter des Zylinders mit entsprechenden Hohlräumen ausstatten, oder aber man kann irgendwelche Rohre auf oder in dem Innenmantel des Zylinders anordnen. Als einfachste Verteilungsorgane erweisen sich Rohre, die, von einer gemeinsamen axialen Einführung aus sich verzweigend, parallel der Zylinderachse in oder auf der Zylinderfläche des Zylinders angeordnet sind und mit entsprechenden Öffnungen zum Austritt der Aktivierungsgase versehen sind, wobei die Austrittsöffnungen so angeordnet sind, dass das Gas von unten her in das Aktivierungsgut eintritt, während gleichzeitig durch die Ausgestaltungen der Öffnungen der Verstopfung derselben durch Kohleteilehen vorgebeugt wird.
Der Einbau in das feuerfeste Futter des Zylinders schützt diese Verteilungsorgane gegen die Einwirkung allzu hoher Temperaturen. Die Anordnung auf der Zylinderinnenfläche - frei beweglich gegen diese-ermöglicht die gleichzeitige Ausbildung der Verteilungsorgane in Form von
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Die Heizgase werden zweckmässig durch eine oder mehrere Öffnungen in einer Stirnwand des Zylinders eingeführt. Man kann dabei so verfahren, dass man diese Öffnungen im Innenfutter der Stirnwand zugleich als Brenner ausbildet. Man kann auch einen Teil der Heizgase zusammen mit der nötigen Verbrennungsluft, zweckmässig jedoch in getrennten Leitungen, weiter in das Ofeninnere fuhren und
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nehmen. Letztere Anordnung empfiehlt sich dann, wenn die Längsabmessung des Innenraumes so gross ist, dass die Heizung von einer Stirnfläche her für eine gleichmässige Erhitzung nicht mehr ausreicht.
Die Brenneröffnungen oder sonstige Öffnungen für die Zuführung von Heizgasen sind auf alle Fälle so anzuordnen, dass der Strom der Heizgase bzw. die Heizflammen sich nur oberhalb der Schicht des zu aktivierenden Gutes entwickeln können. Die Abgase werden zweckmässig durch die gegenüberliegende
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Es hat sich ferner als zweckmässig erwiesen, die mit dem Zylindermantel oder gegen denselben umlaufenden Verteilungsorgane für die Aktivierungsgase möglichst nur so lange zu betätigen, als sie sieh unterhalb der Schicht des zu aktivierenden Gutes befinden. Diese Betätigung kann durch einfache
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kann man mit Hilfe solcher mechanisch betätigten Ventile die Verteilungsorgane, z. B. in dem Augenblick, wenn sie bei der Rotation des Zylinders den höchsten Punkt erreicht haben, mit einem kurzen Stoss von Aktivierungsgas ausblasen.
Es hat sich ferner als notwendig erwiesen, die Drehgeschwindigkeit der Trommel und die Geschwindigkeiten der Aktivierungs- und der Heizgase so weit herabzumindern, dass die Aktivierungssehieht relativ ruht. Eine Aufwirbelung des Materials bringt keinerlei Vorteile mit sich. Sie schliesst vielmehr die weitere Gefahr in sich, dass leichtere Teilchen, insbesondere bei fortgeschrittenem Aktivierungs-
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diesen vollständig verbrannt werden.
Es hat sich ferner als zweckmässig erwiesen, um bei der Durchmischung des Gutes durch Bewegen des Zylinders die an sich unerwünschte Mahlwirkung so weit wie nur möglich herabzumindern, den Innenquerschnitt kreisrund und von entsprechend grossem Radius zu gestalten ; doch lässt sich das Verfahren prinzipiell auch in einem Zylinder von vieleckigem Innenquerschnitt durchführen.
In Fig. 3 ist eine Vorrichtung dargestellt, wie sie gemäss den vorangehend entwickelten Gesichtspunkten für eine zweckmässige technische Durchführung des Verfahrens beispielsweise möglich ist. Im Hinblick auf die Erzeugung grösserer Mengen ist eine Trommel von beträchtlicher Längsabmessung vorgesehen, die dementsprechend mit einer Heizvorrichtung längs der Trommelachse ausgerüstet ist.
Die Trommel 1 kann beispielsweise aus Eisenblech hergestellt und mit feuerfestem Material ausgefüttert werden. Sie ruht auf zwei Paaren von Reibrädern 2 ; mit Hilfe dieser und einer Antriebsscheibe 3 wird
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der Trommel dient als Füllöffnung und kann bei vollständiger Umkehrung der Trommel zum Entleeren des fertig aktivierten Materials benutzt werden. Das Heizgas wird in Form von Pressgas durch die Leitung S eingeführt. An den einzelnen Brenneröffnungen strömt es durch Düsen aus und reisst aus der die Düsen umgebenden Rohrleitung 6 die zur Verbrennung nötige Luft mit sich. Es sind sowohl Brenner 7 in der einen Stirnwand der Trommel wie eine Anzahl von Brennern 8 längs der Trommelachse vorgesehen.
Die aktivierenden Gase treten durch ein Rohr 9 ein, das durch entsprechende Verzweigung in mehrere Rohre 10 aufgelöst wird, die nach unten gerichtete Öffnungen aufweisen, während sie nach oben hin mit einer rechenartigen Vorrichtung zur Durchmischung des zu aktivierenden Gutes 11 versehen sind.
Die abziehenden Heizgase treten zusammen mit dem verbrauchten Aktivierungsgas bei 12 heraus und verlassen durch eine Vorkammer und das Rohr 1. 3 die Trommel. Man kann bereits diese Vorkammer so ausbilden, dass dort die austretenden aktivierenden Gase einer Vorwärmung unterworfen werden.
Man kann ferner die Wärme des noch heissen Abgases beliebig, z. B. zur Dampferzeugung, ausnutzen.
In der Ausführung gemäss Fig. 3 ist die ganze Vorrichtung 5-10 feststehend, während die Trommel mit Hilfe der beschriebenen Antriebsvorrichtung beweglieh angeordnet ist.
Die Aktivierung in der vorstehend beschriebenen Vorrichtung vollzieht sich beispielsweise folgendermassen :
Die Trommel wird mit Hilfe der Heizvorriehtung auf etwa 800-850 aufgeheizt. Durch die Füllöffnung 4 werden, nachdem die Trommel diese Temperatur erreicht hat, 200 kg Buchenholzkohlengriess von 5-10 mm. Korngrösse eingefüllt, die Heizung verstärkt und das aktivierende Gas, beispielsweise das hochkohlensäurehaltige Gas aus der Holzverkohlung eingeleitet, u. zw. in einer Menge von etwa 150 m3 stündlich. Die Heizung muss bei Beginn des Aktivierungsprozesses noch verstärkt werden.
In dem Masse, wie der Kohlengriess die Ofentemperatur erreicht, die zweckmässig bei 900-9500 zu halten ist, wird die Heizwirkung durch den Abbrand flüchtiger Bestandteile ans dem Holzkohlengriess wirksam unterstützt. Je nach der gewünschten Qualität der aktiven Kohle wird die Aktivierungsdauer auf 40 Minuten bis 2 Stunden bemessen. Man erhält dementsprechend Ausbeuten von 55 bis 30% des ein-
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eine vorzügliche Aktivität für die verschiedensten Verwendungszwecke aufweist.
In Fig. 4 ist die in der Besehreibung bereits erwähnte Variante der Dampfeinführung dargestellt.
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Das Rohr 9 verzweigt sieh in eine Anzahl von Rohren 11, die in das Innenfutter der Trommel eingebaut sind. Dieses erhält eine Anzahl Bohrungen, die den Öffnungen der verteilenden Rohre 11 entsprechen. so dass die aktivierenden Gase von unten her in die auf dem Innenfutter ruhende Schicht des zu aktivierenden Materials eintreten können. Rings am Umfang der Trommel sind die Ventile J angeordnet, die es gestatten, diejenigen der Rohre 11 zu betätigen, die sich gerade unterhalb der Schicht des zu aktivierenden Materials befinden. Auf die mechanische Ausgestaltung der Betätigung dieser Ventile wurde bereits in der Beschreibung hingewiesen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Aktivierung von kohlenstoffhaltigen Stoffen, dadurch gekennzeichnet, dass der direkte Angriff der Heizgase auf das zu aktivierende, in flacher Schicht oder ähnlicher Anordnung gelagerte Gut durch die mechanische und chemische Wirkung der an den Oberflächen der Schicht austretenden aktivierenden Gase vermieden wird, wobei die Heizgase auf die Oberfläche der Schicht nur durch Strahlung oder Konvektion heizend wirken können.