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Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von aktiven Kohlen und wertvollen Nebenprodukten.
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haltiges Material hindurchgeleitet werden.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Aktivkohle aus kohlenstoffhaltigen, körnigen, staubförmigen oder geformten Stoffen durch Gasaktivierung bei hohen Temperaturen, bei welchen innerhalb eines Reaktionsraumes in dünner Schicht ausgebreitetes kohlenstoffhaltiges Material auf einer in Ruhe befindlichen Unterlage mechanisch bewegt wird und dass ein aus Aktivierungsmitteln, z. B.
Wasserdampf, Kohlensäure und brennbaren Reaktionsprodukten, Kohlenoxyd, Wasserstoff, bestehendes, kreisendes Gasgemisch das kohlenstoffhaltige Material konti-
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gaserfüllten Teil des Reaktionsraumes derart eingeleitet werden, dass die brennbaren Reaktionsprodukte mit kurzen, verkehrten Flammen zu aktivierenden Dämpfen und Gasen verbrennen und dass praktisch keine direkte Berührung zwischen dem freien Sauerstoff und dem kohlenstoffhaltigen Material stattfindet, so dass mit letzterem nur die Aktivierungsmittel unter Wärmebindung in Reaktion treten, wobei kontinuierlich brennbare Reaktionsprodukte (CO, H2) entstehen und diese ganz oder teilweise mit dem Reaktionsmittel (02) unter Wärmeentwicklung neuerlich reagieren, wobei wiederum kontinuierlich aktivierende Gase und Dämpfe gebildet werden,
so dass in dem gaserfüllten Teil des Reaktionsraumes bei entsprechend hohen Temperaturen ständig eine chemische und thermische Wechselwirkung zwischen dem kohlenstoffhaltigen Material und den Aktivierungsmitteln einerseits, bzw. den Reaktionsprodukten und den Reaktionsmitteln anderseits erfolgt.
Es verlaufen nebeneinander kontinuierlich, jedoch getrennt, folgende chemische und thermische Prozesse :
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befindlichen Gasraum so eingeleitet, dass es mit den brennbaren Gasen, den Reaktionsprodukten mit kurzer Flamme verbrennt. Da die brennbaren Reaktionsprodukte in dem Raume in Überschuss vorhanden sind, verbrennt der Sauerstoff des Reaktionsmittels in einer Atmosphäre von brennbaren Gasen mit einer verkehrten Flamme, es verbrennt also nichtwie normal einbrennbares Gasin der atmosphärischen Luft, sondern umgekehrt, es verbrennt die Luft in einem Raum der mit einem brennbaren Gas erfüllt ist.
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Die so gebildeten Verbrennungsprodukte (die Aktivierungsmittel) kommen nun mit dem kohlenstoffhaltigen Material in Berührung und werden ständig wiederum zu brennbaren Gasen umgesetzt und so fort.
Da bei den Prozessen d, e die Wärmeentwicklung viel grösser ist als die für die Prozesse a, b, c benötigten Wärmemengen, wird auf diese Weise die erforderliche Wärmemenge geliefert. Es ist hiebei selbstverständlich, dass die Gasatmosphäre eine höhere Temperatur hat als das kohlenstoffhaltige Material, da sich in der Atmosphäre ein exothermer und im kohlenstoffhaltigen Material ein endothermer Prozess abspielt. Zweckmässigerweise hat das kohlenstoffhaltige Material eine Temperatur von 800-1000 C, während die Temperaturen der Gasatmosphäre um zirka 100-200 C höher liegen.
Das vorliegende Verfahren wird mit Vorteil für alle kleinkörnigen kohlenstoffhaltigen Materialien, wie Sägespäne, Kleinkohle u. dgl., die dem Hindurchtreten eines Gasstromes erheblichen Widerstand entgegensetzen, angewendet.
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findet eine Trocknung, Schwelung, Entgasung und Vorerhitzung des kohlenstoffhaltigen Materials statt. Das so vorbehandelte hocherhitzte Material gelangt nun in den Aktivierungsprozess, während die Destillationsprodukte mit den bei der Aktivierung entstehenden Gasen durch eine Kondensation geleitet und gewonnen werden.
Das Reaktionsmittel, das aus Sauerstoff bzw. Luft besteht und das. Aktivierungsmittel, z. B. Wasserdampf, werden gemeinsam oder getrennt zweckmässigerweise in hocherwärmten Zustande in den Reaktionsraum eingeführt. Die Erwärmung der Reaktions-und Aktivierungsmittel erfolgt durch die fühlbare Wärme der bei dem Prozess abgehenden heissen Gase und/oder direkte Beheizung derselben.
Bei Verwendung eines thermisch vorbehandelten Rohstoffes findet lediglich eine Trocknung, Entgasung und hohe Vorerwärmung desselben statt.
Ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens wird in den Fig. 1-5 gezeigt.
Fig. 1 zeigt die Anlage im Querschnitt, in Fig. 2 ist ein Schnitt nach Linie A-B dargestellt, in Fig. 3,4 und 5 wird gezeigt, wie das Reaktionsmittel in den Reaktionsraum eingeführt wird.
Fig. 1 stellt einen mehretagigen Ofen dar, wie dieser im allgemeinen für Röstprozesse bekannt ist. Das kohlenstoffhaltige Material wird bei 1 in geregelten Mengen in die oberste Etage 4 eingeführt. Eine Welle 2 und Rührarme 3, die mit Krählern versehen sind, sorgen für eine ständige Bewegung und Wendung des kohlenstoffhaltigen Materials, so dass dieses durch alle Etagen des Ofens von oben nach unten bewegt wird und von Etage zu Etage, z. B. über Rutschen, gleitet, um Staubbildung zu vermeiden. In der obersten Etage 4 findet eine Trocknung des kohlenstoffhaltigen Materials statt, in der zweiten Etage 5 wird das Material geschwelt und entgast, in der dritten Etage 6 findet eine restlose Entgasung und eine Erwärmung des Aktivierungsgutes auf hohe Temperaturen statt.
Die Etage 7 ist die eigentliche Reaktionsetage, in welcher die Aktivierung des Materials erfolgt und in welche die Reaktionsmittel (Luft, Sauerstoff) und das Aktivierungsmittel, z. B. Wasserdampf u. dgl., eingeleitet werden. In der untersten Etage 8 findet ein Nachglühen des Gewinnungsproduktes statt, das den Ofen durch die Auslässe 9 verlässt.
Die Etage wird durch denheissen Boden der Beaktionsetage 7 auf hoher Temperatur gehalten. E & besteht aber auch die Möglichkeit, den Boden der Etage 8 zu beheizen.
Die Anzahl der Etagen kann beliebig gewählt werden. Die vorbeschriebene Unterteilung erfolgt lediglich zur Klarstellung der sich nacheinander vollziehenden Prozesse.
Die Reaktionsmittel und das Aktivierungsmittel treten bei 10 in ein innerhalb der Rührwelle 2 gelagertes Rohr 11 ein und durchströmen die Rührarme der Etage 4, 5 und 6 in der Art, dass sie mittels innerhalb der Rührarme gelagerten Rohren 12 bis an das äussere Ende derselben geleitet werden. Sie gelangen auf dem Rückwege durch den Ringraum, der von Rührarm 3 und dem innenliegenden Rohr 12 gebildet wird, in den äusseren Ringraum der Rührwelle 13. Hiebei findet eine hohe Vorwärmung der Reaktionsmittel und der Aktivierungsmittel statt, die zweckmässigerweise ausserdem ausserhalb des Ofens durch bekannte Mittel vorgewärmt werden können.
Die auf diese Weise hoch vorgewärmten Reaktions-und Aktivierungsmittel gelangen nun in die Rührarme 3 der Reaktionsetage 7. Diese Rührarme sind mit feinen Bohrungen 14 versehen, die innerhalb der Etage 7 entweder in horizontaler oder schräg nach oben gerichteter Richtung in den Gasraum der Reaktionsetage tangential einmünden.
Das Reaktions-und das Aktivierungsmittel strömt nun in scharfen, fein verteilten Strahlen, wie die Fig. 2 und 3 zeigen, in den Gasraum der Reaktionsetage ein, wodurch die in dieser befindliehe Atmo- sphäre in eine rasch kreisende Bewegung versetzt wird. Es findet hiebei eine Verbrennung des Sauerstoffes des Reaktionsmittels mit den in der Etage befindlichen brennbaren Reaktionsprodukten unter starker Wärmeentwicklung statt. Durch die feine Verteilung des Reaktionsmittels verbrennt dieses, wie an einer ausgeführten Anlage deutlich zu erkennen ist, mit kurzen, spitzen Flammen, so dass eine
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direkte Berührung des in diesem enthaltenen Sauerstoffes mit dem kohlenstoffhaltigen Material nicht erfolgen kann.
Die Verbrennungsprodukte des Reaktionsmittels, die Aktivierungsmittel, reagieren nun, wie bereits beschrieben, mit dem sich im Reaktionsraum unter ständigem Rühren gelagerten kohlenstoffhaltigen Material unter Wärmebindung, wobei letzteres durch die zwischen den Gasen und diesen herrschende Temperaturdifferenz ständig auf der erforderlichen Reaktionstemperatur gehalten wird.
Das aktivierte Produkt gelangt nun in die unterste Etage 8, in welcher dieses noch einige Zeit zwecks Erhöhung der Aktivität nachgeglüht wird. Das fertige Produkt verlässt den Ofen durch die Auslässe 9.
Die in der Reaktionsetage 7 und den darüber liegenden Etagen 6 und 5 als Gewinnungsprodukte entstehenden Gase haben bei Verwendung von Luft und Wasserdampf eine Zusammensetzung ähnlich dem Generatorgas und bei Verwendung von Sauerstoff und Wasserdampf eine solche ähnlich dem Wassergas. Die Gase durchstreichen nun in der Richtung von unten nach oben alle Etagen, wobei in der Etage 6 noch eine weitere Umsetzung der vorhandenen Kohlensäure und des Wasserdampfes erfolgt und im weiteren Verlaufe die fühlbare Wärme derselben zur Erwärmung des kohlenstoffhaltigen Materials, zur Entgasung, Schwelung und Trocknung desselben ausgenutzt wird.
Das mit dem Schwelprodukt des kohlenstoffhaltigen Materials angereicherte Gas verlässt den Ofen bei 15 und gelangt von hier in eine Kondensationsanlage bzw. Absorbtionsanlage bekannter Ausführung, um die bei der Schwelung entstandenen kondensierbaren Produkte zu gewinnen. Hinter der Kondensationsanlage entweicht ein Gas von der Qualität eines guten Generatorgases oder Wassergases, das ein weiteres Gewinnungsprodukt darstellt.
In den Etagen 4, 5 und 6 erfolgt ein Wärmeaustausch durch Welle ì und die Rührarme 3 zwischen dem Gas und dem Reaktionsmittel bzw. Aktivierungsmittel, wobei sich ersteres abkühlt und letztere erwärmen. Diese Massnahme hat einen besonderen Effekt. Der Umstand, dass die heissen Gase aus dem Reaktionsraum stärker abgekühlt werden als dies durch das kohlenstoffhaltige Material allein möglich gewesen wäre, bewirkt, dass diese Gase in die Schweletage 5 bereits mit einer so weit gesenkten Temperatur eintreten, dass eine Zerstörung der Destillationsprodukte durch pyrogene Zersetzung nicht erfolgt und hiedurch eine wesentlich grössere Ausbeute derselben erzielt wird.
Die Fig. 4 und 5 zeigen eine andere Art der Einführung des Reaktionsmittels in den Reaktionsraum.
Die, wie vorstehend beschrieben, vorgewärmten Reaktionsmittel, ausserdem auch das Aktivierungmittel, wie Wasserdampf, werden durch am Umfange des Reaktionsraumes in grosser Zahl gelagerten Kanäle 16 scharf tangential und horizontal, bzw. schräg nach oben gerichtet eingeblasen. Diese Kanäle stehen mittels eines schräg nach unten und radial gelagerten Kanals 17 mit dem Gasraum des Reaktionsraumes derart in Verbindung, dass die Gase durch injektorartige Wirkung der scharf eingeblasenen Reaktionsmittel und des Aktivierungsmittels angesaugt werden. Auf diese Weise findet innerhalb des Verbrennungskanals 16 eine Verbindung des Reaktionsmittels mit den Reaktionsprodukten statt, so dass in den Reaktionsraum nur Aktivierungsmittel eintreten können.
Auf diese Weise wird ebenfalls bewirkt, dass das Reaktionsmittel mit dem kohlenstoffhaltigen Material nicht unmittelbar in Berührung treten kann.
Wesentlich für ein gutes Funktionieren des Verfahrens ist die Anwendung von Mitteln, durch welche eine intensive und gleichmässige Wärmeübertragung auf das zu aktivierende kohlenstoffhaltige Material bewirkt wird.
Der Unstand, dass die verkehrten Flammen parallel zur Oberfläche des kohlenstoffhaltigen Materials gerichtet sind und sich über dieses in geringer Entfernung gleichmässig fortbewegen, ferner dass oberhalb der Flammen der Reaktionsraum durch ein in geringer Höhe ebenfalls parallel zum kohlenstoffhaltigen Material angeordnetes Strahlungsgewölbe abgedeckt ist, und der Umstand, dass die heissen Gase kontinuierlich scharf das kohlenstoffhaltige Material bestreichen, bewirkt, dass die Wärmeübertragung auf das in dünner Schicht mechanisch bewegte kohlenstoffhaltige Material ausserordentlich intensiv ist und somit der Aktivierungsprozess sehr schnell und in allen Teilen gleichmässig verläuft, u. zw. dadurch, dass
1. die Flammen auf die Oberfläche des kohlenstoffhaltigen Materials kontinuierlich direkt Wärme ausstrahlen ;
2. die parallel zum kohlenstoffhaltigen Material liegende Decke des Reaktionsraumes von den verkehrten Flammen beheizt wird und als Strahlungsgewölbe die Wärme auf das kohlenstoffhaltige Material intensiv überträgt ;
3. der mit dem kohlenstoffhaltigen Material ständig in Berührung stehende, kreisende, heisse Gasstrom infolge der grossen Konvektion die Wärme intensiv an das kohlenstoffhaltige Material abgibt ;
4. die über das in dünner Schicht bewegte kohlenstoffhaltige Material kreisenden Flammen letzteres gleichmässig beheizen, so dass die Aktivierung in allen Teilen des kohlenstoffhaltigen Materials gleichmässig vor sich geht.
Das Verfahren hat sich in der Praxis bestens bewährt und es sind alle vorbeschriebenen Effekte eingetreten. Durch die Verwendungsmöglichkeit von billigen Rohstoff in körniger oder staubförmiger Form sowie durch die Gewinnung eines Nutzgases und anderer wertvoller Nebenprodukte bietet das
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neue Verfahren in wirtschaftlicher Hinsicht grosse Vorteile, insbesondere da der Prozess sich thermisch selbst erhält und die Verwendung von Heizmitteln ausserhalb oder imlerhalb der Anlage nicht benötigt wird.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von Aktivkohle aus kohlenstoffhaltigen Material, durch Gasaktivierung bei hohen Temperaturen, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb eines Reaktionsraull1es in dünner Schicht ausgebreitetes, körniges, staubförmiges oder geformtes kohlenstoffhaltiges Material auf einer in Ruhe befindlichen Unterlage mechanisch bewegt wird und dass ein aus Aktivierungsmitteln (HO, CO) und brennbaren Reaktionsprodukten (CO, H2) bestehendes, kreisendes Gasgemisch das kohlenstoffhaltige Material kontinuierlich und parallel bestreicht und dass durch eine beträchtliche Anzahl von Einlassöffnungen die Reaktionsmittel, Sauerstoff oder sauerstoffhaltige Gase, allein oder gemeinsam mit Aktivierungsmitteln in den gaserfiillten Teil des Reaktionsraumes derart eingeleitet werden,
dass die brennbaren Reaktionsprodukte mit kurzen, verkehrten Flammen zu aktivierenden Dämpfen und Gasen verbrennen und dass praktisch keine direkte Berührung zwischen dem freien Sauerstoff und dem kohlenstoffhaltigen Material stattfindet, so dass mit letzterem nur die Aktivierungsmittel unter Wärmebindung in Reaktion treten, wobei kontinuierlich, brennbare Reaktionsprodukte (CO, H2) entstehen und diese ganz oder teilweise mit dem Reaktionsmittel (Os) unter Wärmeentwicklung neuerlich reagieren, wobei wiederum kontinuierlich aktivierende Gase und Dämpfe gebildet werden,
so dass in dem gaserfüllten Teil des Reaktionsraumes bei entsprechend hohen Temperaturen ständig eine chemische und thermische Wechselwirkung zwischen dem kohlenstoffhaltigen Material und den Aktivierungsmitteln einerseits bzw. den Reaktionsprodukten und den Reaktionsmitteln anderseits erfolgt.