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Mémoire descriptif à l'appui de la demande de brevet pour! la firme Verein fur chemische Industrie Aktiengesellschaft Frankfurt sur Main (Allemagne), Moselstrasse 62.
Faisant l'objet d'une demande de brevet déposée en Allemagne le 12 Octobre 1925, 27 Octobre 1925, 15 Février 1926 et 3 Juillet 1926 aux noms ci-dessus*
Il existe, comme on le sait, un procédé pour la réactiva- tion du charbon actif épuisé, lequel consists en ce que ce charbon est chauffé de l'extérieur dans un vase ou récipient, à une température dépassant 5000, et en ce qu'on fait passer, à travers le dit vase, un courant de gaz oxygénifère qui ne renferme qu'autant d'oxygène qu'il en faut pour consumer les
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impuretés du charbon actif, en tant qu'elles n'ont pas été éliminées par distillation, sous l'action de la chaaleur à elle seule, sans que le charbon lui-même soit consumé.
La présente invention repose tout d'abord sur la constatation qui a été faite que ce procédé de régénéra- tion du charbon actif peut être également utilisé pour la fabrication de charbon actif au moyen des matières premières usuelles, comme par exemple du charbon de bois ou de la tourbe. Avec un chauffage et un passage d'oxygène de cette nature, se distillent et se consument tout d'abord des éléments constitutifs du charbon brut qui en gênant l'activité et il reste l'élément constitutif du charbon qui possède l'activité. Dans ce cas, il y a lieu d'employer, en règle générale, des températures plus élevées que dans le régénération de charbon actif épuisé.
Lorsque ce procédé est réalisé dans des vases ou réci- pients de grandes dimensions, l'activation du charbon est irrégulière par ce fait que l'action est plus forte au point d'admission du gaz contenant de l'oxygène, pour aller toujours en s'affaiblissant vers le point de sortie.
Par opposition à ce procédé, l'invention consiste, en outre, à répartir l'arrivée des gaz oxygénifères d'une manière uniforme sur toute la surface des parois latérales du vase, de sorte que les gaz destinés à la réaction pénètrent uniformément dans le vase à travers toute la surface de cette paroi. Dans de but, on peut employer des vases en matières céramiques qui peuvent posséder un degré de porosité plus ou moins grand avec des pores plus petits ou plus grands. Le charbon brut est introduit dans ces vases; ceux-ci sont chauffés de l'extérieur à la température appropriée et on fait passer, sur le côté ex- térieur des vases, un courant de gaz oxygénifère; de
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l'air atmosphérique, par exemple, convient.
On a reconnu, en outre, que des vases ou récipients métalliques, en particulier des vases en fer, possèdent un pouvoir de diffusion des gaz aux températures qui conviennent pour porter le charbon à l'incandescence, de telle sorte qu'un courant de gaz, amené de l'extérieur, est diffusé à un degré suffisant à l'intérieur des vases pour y provoquer la réaction décrite. Ce procédé convient pour la fabrication de charbon actif pu moyen de charbon brut, ainsi que pour la réactivation de charbon actif épuisé et présente encore, pour cette darnire application, cet avantage que l'uni formité de la réaction tout le charbon contenu dans le vase ou récipient, est supérieure à celle que l'on retrouve dans le procédé connu, décrit dans le préambule.
L'invention consiste, en outre, en ce qui suit:
Il a été reconnu que la réaction dans le vase ou récipient se trouve favorisée considérablement du fait que des mesures sont prises pour évacuer hors du vase les gaz résultant de la distillation et de la combustion.
Par ce moyen, le degré de diffusion à travers les parcis du vase se trouve particulièrement augmenté. L'invention, par conséquent, consiste également à introduire un courant de gaz sur l'un des côté du vase et 1 le faire partir de l'autre côté. Ce courant de gaz, en tant qu'il ne sert que pour l'évacuation des gaz engendrés,peut,par lui-même, être constitué par un gaz quelconque qui n'exerce aucune influence nuisible sur le charbon* Ce courant de gaz'est déjà d'une très grande efficacité, même dans le cas où il n'est introduit que des quantités de gaz tout 1 fait minimes.
Il est toutefois possible aussi d'ajouter encore 1 ce courant de gaz certaines quantités d'oxygène qui, concurremment avec l'oxygène pénétrant à travers les
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parois du vase, exercent une action sur l'oxydation des éléments constitutifs nuisibles du charbon brut on des impuretés que contient le charbon actif épuisé. Le fait de porter au degré maximum d'uniformité l'opération dans toutes les parties du vase est donc de la plus haute importance parce que, dans le cas o l'oxydation est trop forte dans l'une des parties du vase, le charbon actif, précieux, que se produit, est également consumé, alors que, dans les autres parties du vase, l'activation du charbon ne s'est produits que partiellement.
Pour rendre cette opération encore plus uniforme, on a reconnu qu'il y avait avantage à placer le charbon dans le vase par couches qui ne dépassent pas une certaine épaisseur, ce qui fait que les gaz pénétrant à travers la paroi du vase pénétrant également d'une façon sûre jusqu'au coeur même des couches et que la réaction ne s'y trouve pas affaiblie à un degré plus sensible que dans les parties immédiatement voisines des parcis. Le moyen le plus simple à employer dans ce but consiste à disposer dans le vase ou récipient dans lequel de charbon doit être chauffé, des canaux intermédiaires établis en matière céramique ou métallique, perméable comme décrit, et à faire passer, par ces canaux intermédiaires, un courant de gaz contenant de l'oxygène.
De cette manière, il est tris possible de maintenir les distances de parci à paroi des canaux intermédiaires et de ces canaux intermédiaires à l'enveloppe extérieure du vase, suffisamment petites pour que les gaz diffusants atteignent également les parties intérieures extrêmes du charbon. Lorsqu'il y a un nombre suffisant de canaux de gaz de ce genre, le procédé peut également être réalisé de telle sorte que c'est par ces canaux intérieurs seuls que s'effectue la pénétration du mélange d'oxygène dans le charbon, tandis que
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l'enveloppe extérieure du vase peut se composer d'une matière imperméable, ou tout au moins peu perméable au gaz.
Ceci peut être notamment désirable,parce que la parci extérieure est exposé à être fortement chauffée de l'extérieur, de sorte . que, en tenant compte de ce fait, il y a lieu de préférer,dans bien des cas, l'emploi de matière céramique,dont les parois, pour des considérations de résistance,doivent être suffisamment épaisses et,éventuellement, de porosité suffisamment réduite pour qu'il n'y ait qu'un faible passage de gaz, voire même aucun passage de gaz sensible.
Ce dernier point peut précisément offrir de l'avantage dans le cas spécial où le chauffage du vase ou récipient est effectué de l'extérieur par des gaz de foyers qui ne contiennent pas d'oxygène libre ou n'en contien- nent que très peu et dont l'entrée, ! l'intérieur du vase, non-seulement n'exerce plus de réaction utile, mais au con- traire pourrait gêner- la réaction au moyen de l'oxygène amené par les canaux intérieurs.
Il y a encore lieu de remarquerce qui suit:
Les produits de combustion qui se forment n'exercent pas d'influence préjudiciable sur l'activité du charbon. On com- prendra facilement qu'avec le procédé décrit, les premiers produits de la combustion se séparent du charbon sans gênant, par suite d'ne nouvelle conversion, mais que le charbon produit par dissociation des gases possède aussi le caractère du charbon actif.
Le chauffage du vase ou récipient de l'extérieur vers l'intérieur peut s'effectuer par contact direct avec des gaz chauds contenant de l'oxygène, ou privés d'oxygène; il peut toutefois d'effectuer d'une façon indirecte par ce fait que le récipient contenant le charbon est entouré, tout en laissant un espace interméfiaire, @ d'une enveloppe
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de chauffage qui est, par exemple, chauffée électriquement et que le chauffage du vase contenant le charbon est effectué simplement par rayonnement* Dans ce cas, le gaz oxygenifere passe par l'intervalle compris entre le corps chauffant et la parci du vase et il est visible que, dans ce cas, on peut choisir plus librement ce gaz, lequel peut être de l'air atmosphérique, de l'air enrichi par de l'oxygène,
ou bien un autre mélange gazeux oxygèni- fère. Ce mélange gazeux est, de préférence, soumis à un chauffage préalable. La quantité de gaz passant 1 travers la paroi du vase peut également être augmentée en compri- mant ce mélange gazeux, ou bien en engendrant un vide l'intérieur du vase. La vitesse du courant de gaz qui passe par l'appareil exerce également une influence sur la masse du gaz qui se diffuse à travers la paroi du vase.
Ce procédé permet donc aussi de régler facilement, et avec précision, les quantités d'oxygène, par exemple en diminuant la pression ou la vitesse du gaz ou en supprimant complètement, par moments, l'admission.
Le temps pendant lequel le charbon doit être exposé la réaction doit être déterminé d'une manière empirique et varie également suivant la sorte de charbon désirée.
Plus l'opération est proloagée, plus sera grand le degré de sûreté avec lequel la totalité du charbon atteindra le degré maximum d'activité. Le rendement diminuera, toutefois, par suite de la combustion de charbon déjà devenu actif, tandis que, avec une durée moindre d'opération le rendement se trouve accru aux dépens toutefois de la qualité.
La fig.i des dessins annexés montre une coupe prise par un appareil approprié pour la mise en pratique du procédé. Les fig.2 et 3 montrent des formes de construction
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modifiées.
Dans la fig.l t A désigne un vase ou récipient en fer, dans lequel on introduit le charbon* B est une enveloppe chauffée au moyen de résistances électriques.
Dans l'intervalle compris entre le vase A et l'enveloppe B, passe un courant d'air atmosphérique. La plaque de fond perforée C du vase A repose sur un tuyau perforé D qui se trouve monté sur un tiroir E, le charbon fini tombant de haut en bas, après que ce torioir a été tiré vers l'extérieur. On peut amener du gaz à l'intérieur du vase travers l'ouverture G.
La fig.2 montre une disposition dans laquelle le vase A est sillonné de tubes verticaux E, dans lesquels est introduit le mélange gazeux oxygénifere qui a été, de préférence, préalablement chauffe. Le chauffage effectué de l'extérieur peut être quelconque et n'a pas été repré- senté.
La fig.3 montre une disposition oblique de canaux E, dans laquelle les gaz oxygénifères qui lechent le vase de l'extérieur pénètrent également dans ces canaux*
Un mode de ryalisation de l'invention est donné titre d'exempla ci-après:
Si, pour l'appareil montré à titre d'exemple à la fig.l, on emploie, comme paroi poreuse, un tube de chauf- fage en terre cuite non émaillée, par exemple de la amtière Marquardt de 5 mm. d'épaisseur, ou bien un tube de même genre en fer forgée,si l'on porte à l'incandescence du charbon granuleux non actif, du pin ou du hêtre provenant de la combustion, et cela pendant quatre heures a une température de 1000 et si on laisse monter de l'air par suite du chauffage de ce charbon entre le vase de combustion et l'enveloppe de chauffe, on obtient, avec environ 30 40% de rendement, un charbon actif velouté, très noir.
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Un gramme de ce charbon peut décolorer de 75 à 84% d'une solution de mélasse à 4%. L'activité du phénol varie entre
24 à 28,7% suivant le charbon employé.
Par contre, si an porte le même charbon à l'incandes- cence dans les mêmes conditions, par exemple dans un tube de porcelaine émaillé, il ne peut se produire de diffusion de l'air et, par conséquent, une activation du charbon, en raison de ce que la parci laisse passer le gaz. Le charbon obtenu est dur,, gris et n'exerce aucune action, pas plus sur une solution de mélasse que sur une solution de phénol.
L'activité du charbon peut êltre augmentée par l'emploi de parcis de cuisson dont la porosité est encore plus grande ou par l'augmentation de la durée de cuisson et (ou) de la température de cuisson.
Lorsqu'il est fait usage de poussoier de charbon comme matière brute, il est bon de le transformer en bri- ettes par pressage et addition d'agglutinant connu comme, par exemple, du goudron de bois. Dans ce cas, il y a égale- ment avantage à carboniser l'agglutinant, tout d'abord dans une chambre de cuisson spéciale et d'exposer ensuite ce charbon cokéifié à l'action du procédé décrit.
Dans les procédés décrits, il n'est pas nécessaire d'employer d'autres moyens auxiliaires connus pour activer le charbon, comme par exemple l'imprégnation au moyen de matières appropriées avant la cuisson. Le mélange gazeux oxygénifère qui est amené peut renfermer, outre l'oxygène, de même que le gaz passant par le charbon côté de la diffusion par la parci du vase ou récipient, d'autres éléments constitutifs efficaces, ou bien encore en développer par son passage à travers le charbon incandescent. 6'est ainsi, par exemple, qu'on peut également employer, comme élément constitutif additionnel, de la vapeur d'eau qui se
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décompose au contact du charbon, d'une manière connus et en produisant des effets connus*
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Specification in support of the patent application for! the firm Verein fur chemische Industrie Aktiengesellschaft Frankfurt am Main (Germany), Moselstrasse 62.
Subject to a patent application filed in Germany on October 12, 1925, October 27, 1925, February 15, 1926 and July 3, 1926 to the names above *
There is, as is known, a process for the reactivation of spent activated carbon, which consists in that this carbon is heated from the outside in a vessel or vessel, to a temperature exceeding 5000, and in that a stream of oxygeniferous gas is passed through the said vessel, which contains only as much oxygen as is necessary to consume the
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impurities in activated carbon, insofar as they have not been removed by distillation, under the action of heat alone, without the carbon itself being consumed.
The present invention is based first of all on the observation which has been made that this process for regenerating activated carbon can also be used for the manufacture of activated carbon by means of the usual raw materials, such as, for example, charcoal or peat. With heating and a passage of oxygen of this nature, first of all the constituent elements of the raw coal are distilled and consumed, which by hindering the activity and there remains the constituent element of the coal which has the activity. In this case, as a rule, higher temperatures should be employed than in the regeneration of spent activated carbon.
When this process is carried out in vessels or vessels of large dimensions, the activation of the carbon is irregular due to the fact that the action is stronger at the point of admission of the gas containing oxygen, to always go into weakening towards the exit point.
In contrast to this process, the invention further consists in distributing the arrival of the oxygen-bearing gases in a uniform manner over the entire surface of the side walls of the vessel, so that the gases intended for the reaction uniformly penetrate into the vessel. vase through the entire surface of this wall. For this purpose, vessels of ceramic materials which may have a greater or lesser degree of porosity with smaller or larger pores can be employed. Raw coal is introduced into these vessels; these are heated from the outside to the appropriate temperature and a stream of oxygen-containing gas is passed to the outside of the vessels; of
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atmospheric air, for example, is suitable.
It has further been recognized that metallic vessels or receptacles, in particular iron vessels, possess the ability to diffuse gases at temperatures suitable for causing the coal to incandescence, such that a current of gas , brought in from the outside, is diffused to a sufficient degree inside the vessels to cause the reaction described therein. This process is suitable for the manufacture of activated carbon or medium raw carbon, as well as for the reactivation of spent activated carbon and still has, for this typical application, the advantage that the uniformity of the reaction all the carbon contained in the vessel. or container, is greater than that found in the known method, described in the preamble.
The invention also consists of the following:
It has been recognized that the reaction in the vessel or vessel is considerably favored by the fact that measures are taken to remove from the vessel the gases resulting from the distillation and combustion.
In this way, the degree of diffusion through the parcels of the vase is particularly increased. The invention, therefore, also consists in introducing a stream of gas on one side of the vessel and causing it to leave from the other side. This gas stream, insofar as it serves only for the evacuation of the gases generated, can, by itself, be constituted by any gas which does not exert any harmful influence on the coal. is already very efficient, even in the case where only very small quantities of gas are introduced.
However, it is also possible to add further to this gas stream certain quantities of oxygen which, together with the oxygen penetrating through the
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walls of the vessel, exert an action on the oxidation of the harmful constituent elements of the raw carbon or of the impurities contained in the spent activated carbon. Bringing the operation to the maximum degree of uniformity in all parts of the vessel is therefore of the utmost importance because, in the case where the oxidation is too strong in one of the parts of the vessel, the carbon active, precious, that occurs, is also consumed, while, in the other parts of the vessel, the activation of charcoal has only partially occurred.
To make this operation still more uniform, it has been recognized that it is advantageous to place the coal in the vessel in layers which do not exceed a certain thickness, so that the gases penetrating through the wall of the vessel also penetrating d 'a sure way to the very heart of the layers and that the reaction is not weakened there to a more sensitive degree than in the parts immediately adjacent to the layers. The simplest means to use for this purpose consists in placing in the vessel or receptacle in which the coal is to be heated, intermediate channels made of ceramic or metallic material, permeable as described, and in passing, through these intermediate channels, a stream of gas containing oxygen.
In this way, it is possible to keep the distances from the wall of the intermediate channels and these intermediate channels to the outer shell of the vessel, sufficiently small so that the diffusing gases also reach the extreme inner parts of the coal. When there is a sufficient number of such gas channels, the process can also be carried out such that it is through these inner channels alone that the penetration of the oxygen mixture into the coal takes place, while than
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the outer shell of the vessel may consist of an impermeable material, or at least not very permeable to gas.
This may be particularly desirable, because the outdoor park is exposed to being strongly heated from the outside, so. that, taking this fact into account, it is advisable, in many cases, to use ceramic material, the walls of which, for reasons of strength, must be sufficiently thick and, possibly, of sufficiently reduced porosity so that there is only a small passage of gas, or even no passage of sensitive gas.
This last point can be of advantage precisely in the special case where the heating of the vessel or receptacle is effected from the outside by gas from furnaces which do not contain free oxygen or contain very little of it. and whose entry,! the interior of the vessel not only no longer exerts any useful reaction, but on the contrary might interfere with the reaction by means of the oxygen supplied by the interior channels.
The following should also be noted:
The products of combustion which form do not have a detrimental influence on the activity of the coal. It will easily be understood that with the process described, the first products of combustion separate from the coal without disturbing, as a result of a further conversion, but that the carbon produced by gas dissociation also has the character of activated carbon.
The heating of the vessel or container from the outside to the inside can be carried out by direct contact with hot gases containing oxygen, or deprived of oxygen; it can however effect indirectly by this fact that the receptacle containing the charcoal is surrounded, while leaving an intermediate space, @ by an envelope
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heating which is, for example, electrically heated and that the heating of the vessel containing the carbon is carried out simply by radiation * In this case, the oxygeniferous gas passes through the interval between the heating body and the chamber of the vessel and it is visible that, in this case, we can choose more freely this gas, which can be atmospheric air, air enriched by oxygen,
or another oxygen-containing gas mixture. This gas mixture is preferably subjected to prior heating. The amount of gas passing through the vessel wall can also be increased by compressing this gas mixture, or by creating a vacuum within the vessel. The speed of the gas stream passing through the apparatus also has an influence on the mass of the gas which diffuses through the vessel wall.
This method therefore also makes it possible to easily and precisely adjust the quantities of oxygen, for example by reducing the pressure or the speed of the gas or by completely eliminating, at times, the admission.
The time during which the charcoal is to be exposed to the reaction should be determined empirically and will also vary depending on the kind of charcoal desired.
The longer the operation, the greater will be the degree of safety with which the totality of the coal will reach the maximum degree of activity. The efficiency will decrease, however, as a result of the combustion of carbon which has already become active, while with a shorter operating time the efficiency is increased at the expense of quality.
Fig.i of the accompanying drawings shows a section taken by an apparatus suitable for carrying out the method. Figs. 2 and 3 show construction forms
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modified.
In fig.l t A denotes an iron vessel or vessel, into which the charcoal is introduced * B is an envelope heated by means of electric resistances.
In the interval between the vessel A and the envelope B, passes a current of atmospheric air. The perforated bottom plate C of the vase A rests on a perforated pipe D which is mounted on a drawer E, the finished charcoal falling from top to bottom, after this tori has been pulled out. Gas can be brought inside the vessel through opening G.
Fig.2 shows an arrangement in which the vessel A is crisscrossed by vertical tubes E, into which is introduced the oxygen-containing gas mixture which has preferably been heated beforehand. The heating carried out from the outside can be arbitrary and has not been shown.
Fig. 3 shows an oblique arrangement of E-channels, in which the oxygen-bearing gases which lick the vessel from the outside also enter these channels *
One embodiment of the invention is given as an example below:
If, for the apparatus shown by way of example in FIG. 1, an unglazed terracotta heating tube, for example 5 mm Marquardt amtière, is used as the porous wall. thick, or a tube of the same kind of wrought iron, if we burn non-activated granular carbon, pine or beech from combustion, and this for four hours at a temperature of 1000 and if air is allowed to rise as a result of the heating of this carbon between the combustion vessel and the heating jacket, a velvety, very black activated carbon is obtained with approximately 40% efficiency.
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One gram of this charcoal can discolor 75-84% of a 4% molasses solution. The activity of phenol varies between
24 to 28.7% depending on the charcoal used.
On the other hand, if an ignites the same charcoal under the same conditions, for example in an enameled porcelain tube, there can be no diffusion of the air and, consequently, an activation of the charcoal, due to the fact that the park allows the gas to pass. The carbon obtained is hard, gray, and exerts no action, no more on a solution of molasses than on a solution of phenol.
The activity of the charcoal can be increased by the use of cooking parcels whose porosity is even greater or by increasing the cooking time and / or the cooking temperature.
When charcoal pulp is used as a raw material, it is useful to convert it into briquettes by pressing and adding a binder known as, for example, wood tar. In this case, it is also advantageous to carbonize the agglutinant, first of all in a special cooking chamber and then to expose this coked charcoal to the action of the process described.
In the methods described, it is not necessary to employ other known auxiliary means for activating the charcoal, such as, for example, impregnation with suitable materials before firing. The oxygen-containing gas mixture which is supplied may contain, in addition to oxygen, as well as the gas passing through the carbon on the diffusion side through the area of the vessel or receptacle, other effective constituent elements, or even develop it through its passage through the glowing coal. Thus, for example, it is also possible to use, as an additional constituent element, water vapor which
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decomposes on contact with charcoal in a known manner with known effects *