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Verfahren zur Verkohlung von Holz in geschlossenen Apparaten.
Es ist bekannt, dass durch vollständiges Entwässern von Holz die Verkohlung des Holzes durch die Wärme der exothermen Zersetzung desselben, also praktisch ohne Wärmezufuhr von aussen, erfolgen kann. Es ist auch bekannt, dass durch vollständiges Entwässern des Holzes vor der Verkohlung die Destillate in wesentlich höherer Konzentration anfallen, was für ihre weitere Verarbeitung von entscheidender wirtschaftlicher Bedeutung ist.
Die höchste Konzentration, welche aus normalen Hölzern im Holzessig erzielt werden kann, beträgt annähernd 15%. Die wirtschaftlichen Verhältnisse bringen es mit sieh, dass das Konzentrieren eines 15% eigen Holzessigs bzw. die Entfernung des Wassers aus dem Holzgeist und aus dem Holzessig bei 15%iger Ausgangskonzentration, bezogen auf die Essigsäure, mit Rucksicht auf die Konkurrenz synthetischer Produkte zu teuer ist.
Die übliche Holzverkohlung ohne Anwendung vollständig entwässerten Holzes ergibt einen Holzessig, dessen Konzentration zwischen 5 bis maximal 11% gelegen ist. Für solche Destillate trifft das für die Wirtschaftlichkeit der Verkohlung Gesagte in verstärktem Masse zu. Ein Holzessig von 10% Essigsäuregehalt verursacht hinsichtlich der Apparatur und hinsichtlich des Betriebes bei der Verarbeitung praktisch die doppelten Kosten wie ein Holzessig von 20%. Es gibt bisher keine technisch brauchbare Methode, um bei der Verkohlung von normalen Verkohlungshölzern direkt zu einem höher konzentrierten
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entwässerung vor der Verkohlung.
In allen gebräuchlichen Verkohlungsapparaten, welche mit Wärmezufuhr von aussen arbeiten, herrscht innerhalb des Verkohlungsraumes an verschiedenen Punkten eine weitgehend verschiedene Temperatur. In der Nähe der Retortenwände ist die Temperatur sehr hoch, im Innern des Holzes bzw. der Holzmasse ist die Temperatur sehr niedrig. Die Holzverkohlung erfolgt dadurch zwar gleichzeitig in allen Phasen und es erfolgt ein Ausgleich der heftigen exothermen Reaktion, es liegt aber die Zersetzungstemperatur, bei welcher die Destillate gewonnen werden, im Durchschnitt viel höher als dies notwendigerweise der Fall sein müsste.
Es wurde gefunden, dass durch Einführung von überhitzten Spüldämpfen von organischen, mit Wasser nicht mischbaren Lösungsmitteln eines Siedebereiehes von etwa 80 bis 120 C die Verkohlung nicht nur ohne Wärmezufuhr von aussen auch bei periodischem Betrieb durchgeführt werden kann, sondern dass durch solche Spüldämpfe ein vollständiger Temperaturausgleieh in der ganzen Holzmasse erfolgt,
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bekannt war, gleichmässig vor sieh geht. Es wurde gefunden, dass unter solchen Umständen die Verkohlung bzw. die Entbindung der Destillate bei Temperaturen von knapp über 2000 C dauernd vor sich geht, während lediglieh zum späteren Hartbrennen der Kohle, wobei im wesentlichen nur mehr Gase entweichen, bekanntlich höhere Temperaturen notwendig sind.
So verwendeter überhitzter Spüldampf bewirkt aber nicht nur eine vollständig gleichmässige Wärmeverteilung innerhalb der Holzmasse einer Verkohlung-
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tionswasser, derart, dass durch direkte Anschaltung einer mit Rückflusskühler versehenen Kolonne der Spüldampf vom Kolonnenkopf bzw. Rückflusskühler mit den Wasserdämpfen und Holzgeistdämpfen. aber ohne wesentliche Mengen von Essigsäuredämpfen abgenommen und kondensiert werden kann, während der durch den Rückflusskühler erzeugte Rücklauf am unteren Ende der Kolonne geistfrei und frei von Spüldampfkondensat in einer wesentlich höheren Konzentration, als dies bisher möglich war, abgenommen werden kann. Die mit dem Holzgeist, dem Spüldampf und dem Wasser oben entweichenden
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durch Wäsche befreit werden.
Wird zwischen Verkohlungsapparat und Kolonne ein Teerseheider eingebaut, so läuft der geist-und spüldampfkondensatfreie starke Rohessig auch praktisch teerfrei aus der Kolonne unten ab, andernfalls findet sich der gesamte Teer im Rohessigdestillat vor.
Die Verwendung von dampfförmigen Zusatzstoffen zu einem Spülgas bei der Holzverkohlung ist zwar bekannt. Es war aber nicht zu erwarten, dass durch die Anwendung des Dampfes eines niedrigsiedenden organischen Lösungsmittels als Spülmittel ohne Zuführung von Spülgasen die Verkohlung im Verkohlungsapparat in so gleichmässiger Weise durchgeführt werden kann, dass bemerkbar Zersetzungen des Spüldampfes nicht erfolgen, und es war nicht zu erwarten, dass auf diese Weise ein geist- freier, hochkonzentrierter Rohessig erhältlich ist, ohne dass ein neuerlicher Wärmeaufwand notwendig ist. Es gelingt so durch ganz einfache Einrichtungen mindest eine Verdreifachung der Rohessigsäurekonzentration, bezogen auf die Essigsäure von Holzmaterial gleichen Troeknungsgrades.
Es ist zwar bekannt, die Holzverkohlung durch direkte Einführung von Verbrennungsgasen (Spülgasen) oder durch Einführung von überhitztem Wasserdampf durchzuführen. Die Verwendung von Spülgasen (Feuergasen) hat aber den Nachteil, dass die Gase vermöge ihrer geringen Dichte eine geringe Vehikelwirkung auf die aus dem Holz entbundenen Flüssigkeitsdämpfe ausüben, und den Mangel. dass vermöge
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verdampfer eingeführt. Der Schlangenverdampfer ist so beheizt, dass der Spüldampf mit einer beispielsweisen Überhitzung auf 300 bis 3500 C in die Retorte eintritt.
Das in die Retorte chargierte, vorher entwässerte Holz wird bei einer zureichenden Isolation der Retortenwände durch Aussenheizung und durch den Spüldampf auf 200 bis 210 C erhitzt, worauf die Selbstzersetzung des Holzes beginnt und die Aussenheizung abgestellt werden kann. Es genügt aber auch, wenn das entwässerte Holz in die von der letzten Charge noch heisse Retorte eliargiert und sofort mit der Einführung des Spüldampfes begonnen wird.
In diesem Falle kann jede Aussenheizung unterbleiben. Ohne wesentliche Temperatursteigerung erfolgt die Verkohlung des Holzes, solange noch wesentliche Mengen dampfförmiger Zersetzungsprodukte entstehen. Hierauf wird zum Hartbrennen der Kohle die Retorte von aussen auf die notwendige Temperatur erhitzt, wobei weiter eingeführter Spüldampf für eine rasche Verteilung der Wärme in der Kohlenmasse sorgt.
Die aus der Retorte am anderen Ende austretenden Destillationsgase und-dämpfe, vermischt mit Spüldampf, treten direkt in eine mit Füllkörpern versehene Kolonne ein, welche unterhalb der Eintrittsstelle ein Flüssigkeitssammelgefäss mit Überlauf besitzt, steigen durch die Kolonne auf und werden durch den aufgesetzten Dephlegmator derart getrennt, dass als Rücklauf in das Flüssigkeitssammelgefäss
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überläuft, während durch den Dephlegmator Geist und Spüldampf mit wesentlichen Mengen von Wasser neben den Holzgasen entweichen.
Wurde beispielsweise Buchenholz chargiert, so läuft je nach der Konstruktion der Kolonne ein geistfreier Holzessig von 30 bis 40% Essigsäuregehalt ab, während das durch den Dephlegmator entweichende Gas-Dampfgemisch praktisch frei von Essigsäure ist.
An Stelle von Holzgeistöl für Spüldämpfe können alle mit Wasser nicht mischbaren organischen Lösungsmittel des ungefähr gleichen Siedebereiche verwendet werden. Wesentlich ist, dass die obere Siedegrenze der für Spüldampf verwendeten Flüssigkeit nicht über dem Siedepunkt einer mässig konzentrierten Essigsäure gelegen ist, weil bei Nachlassen der Wasserentbindung durch Zersetzung nicht mehr die siedepunktserniedrigende Wirkung des Wassers auf das Spülmittel erfolgt und nur mehr die Siedetemperatur des Spülmittels selbst und die Siedetemperatur des Essigs in Vergleich zu ziehen sind.
Es kann also die obere Siedegrenze des Spülmittels nicht wesentlich über 1100 C liegen.
An Stelle einer Holzgeistölfraktion, wie im Beispiel angegeben, kann ebensogut Acetonöl entsprechenden Siedebereiehes, es können aber auch holzfremde Öle, wie Benzol, Benzin oder andere den Bedingungen entsprechende Flüssigkeiten oder deren Mischungen für die Spüldampferzeugung herangezogen werden.
Das Verkohlungsverfahren mit Spüldampf lässt sich unter Abänderung der Heizbedingungen selbstverständlich auch auf nicht vollständig entwässertes Holz anwenden und es kann ausser in jeder beliebigen geschlossenen, periodisch zu beschickenden Verkohlungsretorte auch in jeder kontinuierlichen Retorte ausgeführt werden. Insbesondere für die kontinuierliche Verkohlung ist das Spüldampfverfahren wertvoll, weil durch die kontinuierliche Führung der zu verkohlenden Holzmasse und der Kohle an und für sich stabile Wärmeverhältnisse in allen Teilen des Apparates bedingt werden, so dass die Spüldampfwirkung in um so stärkerem Masse die Gleichmässigkeit des Prozesses und die scharfe Trennung in Rohessigkonzentrat und wasserhältigen Geist ermöglicht.
Das Verkohlungsverfahren mit überhitztem Spüldampf lässt sich sehr einfach mit einem Trocknungsverfahren durch überhitzten Spüldampf von mit Wasser nicht mischbaren organischen Lösungsmitteln des Siedebereiches 70 bis 200 C kombinieren, sei es, dass Spüldampftroeknung und Spüldampfverkohlung in direkt miteinander verbundenen Apparaten erfolgen, sei es, dass Spüldampftrocknung und Spüldampfverkohlung in einem einzigen entsprechend unterteilten Apparat kontinuierlich erfolgen und sei es schliesslich, dass Spüldampftrocknung und Spüldampfverkohlung periodisch in einer einzigen einfachen Retorte durchgeführt werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Verkohlung von Holz in geschlossenen Apparaten, darin bestehend, dass man die Verkohlung durch Hindurchleitung von überhitzten Spüldämpfen von mit Wasser nicht mischbaren organischen Lösungsmitteln des Siedebereiehes von ungefähr 80 bis 120 C in diskontinuierlieher oder kontinuierlicher Weise vornimmt.