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Verfahren zur Entwässerung und Inkohlung von Torf und anderen ähnlic'aen
wasserhaltigen organischen Stoffen kolloider Struktur Es ist bekannt, Rohtorfe und
Rohbraunkohle sowie andere Stoffe kolloider Natur mit hohen Wassergehalten in wäßrig-flüssiger
Phase auf 200 bis 300° C zu erhitzen, um das Wasser abzutrennen. Es ist weiterhin
bekannt, daß gleichzeitig mit der Zerstörung der Kolloidnatur eine Decarboxylierung
und Dehydratisierung, d. h. die Abspaltung von Kohlendioxyd und Wasser aus der organischen
Substanz, verbunden ist. Die letzteren Reaktionen verlaufen unter Wärmeentwicklung.
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Bei Behandlung von Torf kann in vielen Fällen ein besonderer Zusatz
von Wasser vermieden werden, um in flüssig-wäßriger Phase arbeiten zu können, da
dieser häufig bei Zerkleinerung in eine Breiform übergeht, die dann dem beschriebenen
Druckwärmeverfahren unterworfen werden kann. Im Prinzip ist diese Arbeitsweise bei
allen Ausgangsstoffen mit kolloider Wasserbindung anwendbar, Rohtorfe und Rohbraunkohlen,
für welche vorzugsweise das genannte Verfahren anwendbar ist, verhalten sich jedoch
sehr verschieden bei der geschilderten thermischen Behandlung.
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Es ist gefunden worden, daß die Zerstörung der Kolloide nur temperaturabhängig
ist und die Zeit nur insoweit in Frage kommt, als bei den kleinen Wärmeleitfähigkeiten
der Festsubstanz es eine gewisse Zeit dauert, bis die betreffende Temperatur erreicht
ist. Dagegen sind die Vorgänge der Decarboxylierung und Dehydratisierung temperaturabhängige
Zeitreaktionen, die je nach der thermischen Stabilität der verschiedenen Bestandteilsgruppen
bei jeder Temperatur verschieden lange Zeitspannen erfordern. Dementsprechend verteilt
sich die mit diesen Vorgängen verbundene Wärmeentwicklung auf die entsprechenden
Ablaufzeiten, während die Zerstörung der Kolloide ein nur temperaturabhängiger wärmeverbrauchender
Vorgang ist.
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Die wirtschaftliche Durchführung der Inkohlung einschließlich Entwässerung
in wäßrig-flüssiger Phase erfordert eine möglichst günstige Ausnutzung der Wärmeentwicklung
zur selbsttätigen Erhöhung der Temperatur. Das ist nur möglich, wenn der Vorgang
der Decarboxylierung und Dehydratisierung in Gegenwart von möglichst wenig Wasser
in der wäßrigen Phase zum Ablauf kommt; um den überwiegenden Teil der Wärmeentwicklung
in dieser Stufe des Gesamtverfahrens zur Verfügung zu haben, ist es erforderlich,
die Zerstörung der Kolloidnatur in so kurzer Zeit zu erreichen, daß die hierzu vorhandene
Zeit für den Ablauf der Zeitreaktionen der Decarboxylierung und Dehydratisierung
nicht ausreicht.
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Die Feststellung des unterschiedlichen zeitlichen Ablaufs zwischen
der Entwässerung einerseits und der Inkohlung andererseits hat es ermöglicht, die
Behandlung des Torfes in zwei Stufen aufzuteilen, die den oben geschilderten wirtschaftlichen
Forderungen in vollkommenster Weise entgegenkommt. Das erfindungsgemäße Verfahren
besteht im wesentlichen darin, daß die Erhitzung des in Wasser aufgeschlämmten Breis
derart vorgenommen wird, daß die Temperatur von 250 bis 300° C in wenigen Minuten
erreicht und dann die Hauptmenge des gegebenenfalls zugesetzten und des durch Brechung
der Kolloidstruktur frei gewordenen Wassers abgetrennt wird, worauf die Restmasse
bis zur Beendigung der Inkohlung unter Ausnutzung der damit verbundenen Wärmeentwicklung
auf der erreichten Temperaturhöhe, gegebenenfalls unter Überschreitung der kritischen
Temperatur des Wassers, gehalten und anschließend das erneut gebildete Wasser abgetrennt
wird.
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Es war bereits bekannt, daß die künstliche Inkohlung einschließlich
Entwässerung von Torf u. dgl. in wäßrig-flüssiger Phase sowohl zeit- als auch temperaturabhängig
ist. Jedoch unterscheidet die betreffende Druckschrift nicht zwischen der Entwässerung
(Abtrennung des kolloidgebundenen Wassers) und der Dehydratisierung und der Decarboxylierung,
also dem eigentlichen Inkohlungsprozeß. Sie beschäftigt sich lediglich mit dem Gesamtablauf
und muß daher notgedrungen zu anderen Schlußfolgerungen führen. Dies wird besonders
deutlich, wenn man berücksichtigt, daß ausdrücklich empfohlen wird, den ganzen Inkohlungsprozeß
in Gegenwart von Wasser durchzuführen. Diese Anweisung steht in direktem Gegensatz
zu vorliegender Erfindung.
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Eine andere Patentschrift geht davon aus, daß es einerseits bekannt
war, Torf bei Temperaturen von etwa 100° C in geschlossenen Behältern durch Wärme
zu entwässern, andererseits feuchten Torf mittels heißer, sauerstofffreier Gase
bei 250° C zu verkohlen.
Demgegenüber wird vorgeschlagen, den feuchten
Rohtorf in geschlossenem Gefäß bei 150 bis 250° C zu behandeln. Auch hier Spielt
sich das ganze Verfahren in einem Zuge in Gegenwart des gesamten Wassers als. Es
wird hierbei auch auf Inkohlungsprozesse hingewiesen, die den Brennwert des Torfes
erhöhen. Als Behandlungszeit werden 10 bis 40 Minuten angegeben. Aus diesen Zeitangaben
kann nicht geschlossen :-erden, daß die Zerstörung der Kolloidstruktur eine nur
temperaturabhängige und nicht auch zeitabhängije Reaktion sei.
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Die Erkenntnis, daß die Inkohlung exotherm verläuft, während für die
Entwässerung Wärme zugeführt -werden muß, lag auch bereits vor, und ferner war auch
schon vorgeschlagen worden, bei einem Verfahren, bei dem Torf durch Druckerhitzung
entv-ässert wird, zwischendurch Wasser abzulassen. Bei keinem Verfahren sind aber
die Erkenntnisse, daß die Inkohlung zeit- und temperaturabhängig ist, die Decarboxylierung
und Dehydratisierung exotherm verlaufen, die Wasserentnahme im Zuge der Druckerhitzung
zweckmäßig ist, zu dem erfindungsgemäßen Vorschlag eines Mehrstufenverfahrens zusammengefaßt
-worden.
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Die praktische Durchführung des vorliegenden Verfahrens erfolgt zweckmäßig
in gleicher Weise, wie sie bei bekannten Verfahren zur Naßverkokung von Torf bereits
vorgeschlagen ist. Die Trennung von festen und flüssigen Anteilen, die man bei der
Erhitzung des Torfbreies erhält, erfolgt in Filtern oder Zentrifugen, und das Restwasser
kann aus der Festsubstanz durch Verdampfung unter Druckentlastung entzogen -werden.
In der letzteren Stufe -wird der Dampfdruck zweckmäßig so eingestellt, daß in dem
_aaterial ein Z7#Tassergehalt verbleibt, der es zum Brikettieren geeignet macht,
und die Briketts können in bekannter Weise entgast werden. Auch kann in den einzelnen
Behandlungsstufen die gewünschte Temperatur während der Erhitzung durch Teilverdampfung
aufrechterhalten werden.
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Im einzelnen wird das erfindungsgemäße Verfahren ivie folgt durchgeführt:
Der mit oder ohne Wasserzusatz hergestellte Brei von Rohtorf wird in an sich bekannter
Weise durch Einleiten von hochgespanntem Wasserdampf entsprechender Natur z. B.
auf etwa 280 bis 300° C erhitzt; bei thermisch -weniger resistentem Ausgangsmaterial
wird Dampf von entsprechend niedriger Temperatur verwandt. Auf diese Weise kommt
der Ausgangsbrei in etwa 2 bis 5 Minuten auf die Temperatur des eingeleiteten Dampfes.
Da die Zerstörung der Kolloidnatur nur eine Temperaturfrage ist, ist in dieser kurzen
Zeit diese Zerstörung erreicht und die Abtrennung des größten Teiles des ursprünglichen
Wassergehaltes durch mechanische Mittel bei der betreffenden Temperatur möglich.
Versuche haben gezeigt, daß hierbei 60 bis 75 % des ursprünglichen Wassergehaltes
abtrennbar sind, d. h., bei einem Rohtorf von 900 g Wasser je kg lassen sich 550
bis 700 g Wasser abtrennen. Der restliche Wassergehalt der Torfsubstanz beträgt
dann noch etwa 350 bis 200 g je 100 g Trockenfestsubstanz entsprechend 77 bis 66
Gewichtsprozent in der Restsubstanz. Bei diesen Gehalten an Wasser verlaufen die
Vorgänge der Decarboxylierung und Dehydratisierung noch ebenso wie bei größeren
Wassergehalten. In manchen Fällen kann der Wassergehalt auch noch mehr vermindert
-werden, ohne daß eine Verkohlung eintritt.
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Je nach der thermischen Stabilität der kolloidzercth#-tr#:, Tnrfct,hstanz
yetingt eo auf die beschriebene Weise, die Trennung der Kolloidzerstörung von dem
Vorgang der Decarboxylierung und Dehydratisierung getrennt so weit durchzuführen,
daß nur etwa 10 bis 30 % der wärmeentwickelnden Vorgänge gleichzeitig mit der Kolloidzerstörung
ablaufen. Zahlenmäßig ausgedrückt bedeutet dies, daß für die zweite Stufe aus der
Decarboxylierung und Dehydratisierung je kg Trockentorfsubstanz noch etwa 450 bis
350 kcal Wärmeentwicklung zur Verfügung stehen. Bei nur 350 kcal Restwärmeentwicklung
beispielsweise tritt bei 75 °/o Wassergehalt der Torfsubstanz noch eine Temperaturerhöhung
in dieser zweiten Stufe von rund 100° C und bei 60 ()/o Wassergehalt von über 150°
C ein. Hierbei steigt die Endtemperatur gegebenenfalls über die kritische Temperatur
des Wassers an, was für die spätere Ausnutzung des Dampfes aus der zweiten Stufe
vorteilhaft sein kann.
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In der heißen kolloidzerstörten Festsubstanz, die vom Filter einem
Druckbehälter zugeführt -wird, tritt von selbst eine der noch zur Verfügung stehenden
Restwärmeentwicklung entsprechende Temperaturerhöhung ein, und der Vorgang der Decarboxylierung
und Dehydratisierung kommt mit steigender Wärmeentwicklung und damit steigender
Temperaturerhöhung immer rascher zum Ablauf. Zur Beschleunigung des Vorganges und
je nach der von der thermischen Stabilität der betreffenden Torfsubstanz abhängigen
Geschwindigkeit des Vorganges der Decarboxylierung und Dehydratisierüng sowie je
nach dem Grad der Abkühlung "während der Filtration kann in der zweiten Stufe nach
der Filtration noch kurz mit direktem Dampf während 1 bis 2 Minuten auf 280 bis
300° C erhitzt und dann die hier einsetzenden exothermen Reaktionen nun in kürzester
Zeit zum Ablauf gebracht -werden.
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Nach Vollendung- der Decarboxylierung und Dehydratisierung wird der
durch Entspannung dieser Stufe entstehende hochgespannte Wasserdampf zur VorwÄrmung
des einzuführenden Ausgangsbreies ausgenutzt: Der Restwassergehalt wird in einer
zweiten Abtrennvorrichtung mechanisch von der nun vorhandenen Torfkohle weitgehend
entfernt. Gegebenenfalls wird diese Torfkohle in entsprechenden Vorrichtungen weiter
getrocknet, wobei auch vorgewärmte Luft oder Rauchgase oder das Decarboxylierungsgas
als Trocknungsmittel Verwendung finden kann.
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Der Wärmeinhalt des nach der ersten Stufe abgetrennten heißen Wassers
wird entweder zur Vorwärmung des Ausgangsbreies oder der Gase zum Trocknen der fertigen
Torfkohle oder zu anderen Wärmebedarfszwecken in- und außerhalb des Gesamtverfahrens
ausgenutzt.
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Das Verfahren der Entwässerung kann auch zweistufig durchgeführt werden,
in einer Vorbehandlungs- und einer Haüptentwässerungsstufe. In diesem Fall kann
das heiße Filtratwasser aus der Hauptentwässerungsstufe zum Anmaischen des Ausgangsmaterials
benutzt werden, wodurch schon ein Teil des kölloidgebundenen Wassers frei wird,
welches sich gemeinsam mit dem Anmaischwasser abtrennen läßt. In der Vorbehandlungsstufe
wird zweckmäßig auf 150 bis 175° C erhitzt. Auf diese Weise kommt ein -wasserärmerer
Brei zur Erhitzung auf 250 bis 300° C, und es wird entsprechend weniger Aüfheizwärme
benötigt. Die Kolloidzerstörung in der Vorbehandlungsstufe kann noch unterstützt
werden durch Einleiten von hocherhitztem Dampf, der aus den folgenden Arbeitsstufen
gewonnen wird.
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Die Arbeitsweise nach der Erfindung läßt sich auch bei Rohbraunkohlen
oder anderen organischen Materialien
mit kolloider Wasserbindung,
gegebenenfalls nach entsprechendem Wasserzusatz bei Herstellung des Ausgangsbreies,
anwenden.