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Verfahren zur Herstellung nichtagglomerierbarer Kohle Die Erfindung
betrifft allgemein ein Verfahren zur Behandlung klassierter Kohleteilchen in Vorbereitung
auf deren Einsatz bei der Herstellung von aktiviertem Kohlenstoff bzw.
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aktivierter Kohle und/oder Synthesegas.
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Kohle wird traditionell wegen ihres Brennstoffgehaltes ge schätzt.
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In jüngerer Zeit hat sich eine- erhöhte Nachfrage wegen ihres Wertes
als Rohmaterial für Produkte wie aktivierte Kohlen färbungsmittel und -adsorbionsmittel
aund Aktivkohle ergeben.
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Zusätzlich ist mit zunehmender Verknappung des heimischen Naturgases
die Nachfrage nach ersatzfähigem Synthesegas anstelle von Naturgas unter Verwendung
von Kohle als das Rohl ausgangsmaterial gewachsen. Bei den vorerwEdten industriellen
Anwendungsgebieten oder Produkten, wo Kohle das Rohausgangsl material ist, ist es
im allgemeinen notwendig, zunächst die Kohle für die Verarbeitung zu präparieren
mittels herkömm lioher Wasch~, Zerkleinerungs- und Klassierungstechniken.
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Danach werden die Kohleteilchen in einer oxidierenden Atmosphäre auf
eine erhöhte Temperatur erhitzt. Zum Beispiel sind verschiedene Verfahrensweisen
vorgeschlagen worden, wenn das Endprodukt aktivierter Kohlenstoff bzw. aktivierte
Kohle ist, wobei eine Vielfalt von Bedingungen zur Anwendung kam, wodurch das in
der Kohle enthaltene flüchtige Material hieraus abdestilliert und entweder wegen
seines Wertes als Kohlenwasserstoffquelle gewonnen oder verworfen oder verbrannt
wurde.
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Der verbleibende Kohlenstoff kann dann unter Verwendung von Wasserdampf
oder eines der anderen allgemein bekannten Ak tivierungsmittel aktiviert werden.
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Esist bereits bekannt, daß bituminöse Kohleteilchen plastik artig
werden und zusammenkleben, wenn sie auf 4270C oder eine Temperatur in diesem Bereich
erhitzt werden, was von der Art der verwendeten Kohle und Teilchengröße abhängt.
Dieser "agglomerative" Effekt wird zu einem großen Teil durch die Anwesenheit von
Teeren und anderen flüchtigen, in der Rohkohle vorhandenen Materialien verursacht.
Die Temperatur, bei welcher die Kohleteilchen agglomerieren, ist die "Fusionstemperatur.
Diese unerwünschte Eigenschaft ist besonders störend, wenn Fließbettreaktoren verwendet
werden. Wenn die Teilchen zusammenbacken und größer werden, kann der FließreakL,
tor verstpft und muß gereinigt werden. Wenn die Teilchen größer werden, wird es
überdies schwieriger, die Teilchen in einem Fließzustand zu halten, der zur wirksamen
Reaktion notwendig ist.
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Es sind verschiedene Vorschläge zur Behandlung von Kohle mit hohem
Gehalt an flüchtiger Materie gemacht worden. Z.B.
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schlägt die US-Patentschrift 3 o47 472 (Glorin) ein Verfahren zur
Herstellung von Carbonisat aus Kohle vor, bei welchem eine Voroxidationsbehandlung
der zerkleinerten Kohle bei einer Temperatur im Bereich von 315 bis 455°C, gefolgt
von einer zweiten Oxidation bei einer Temperatur über 455°C, ausgeführt wird.
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Ähnlich schlägt die US-Patechrift 3 o76 751 (Minet) ein Zweistufenverfahren
zur Herstellung von Carbonisatkohle und Gewinnung der flüchtigen Materie aus Kohle
vor. Bei diesem Verfahren fällt jedoch auf, daß ein inertes Gas in einem ersten
Fließbettreaktor verwendet wird, der bei einer Temperatur gehalten wird, die bis
zu 87100 reichen kann.
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Die US.Patentschriften 3 375 175 und 3 565 766 (beide von Eddinger
et al.) schlagen Mehrstufenfließbettverfahren zur Pyrolyse biuminöser Kohle vor,
um erhöhte Clausbeuten und Teerausbeuten zu erhalten. Wie bei der US-Patentschrift
3 o76 751 wird ein Intertgas als Fluidisiermedium sowohl bei der anfänglichen Vorbehandlung
als auch bei der Pyrolyse bei höherer Temperatur verwendet. Ein oxidierendes Fluids~
siermedium wird solange nicht verwendet, bis eine teilweise Vergasung in Stufe 4
erreicht ist, wo die Temperatur bei mindestens 81500 liegt.
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Wie Jedoch aus der nachfolgenden Darstellung ersichtlich wird, schlägt
keine der zuvor erwähnten bekannten Techniken das Zweistufenverfahren und das erhaltene
verbesserte Produkt der vorliegenden Erfindung vor. Von keiner der bisher vorgeschlagenen
Techniken werden die Vorteile, die sich aus der praktischen Durchführung dieser
Erfindung ergeben, an erkannt.
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Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung eines nichtagglomerierenden
bzw. nichtagglomerativen Kohleproduktes vorgeschlagen, bei welchem ein Fließbett
aus Kohleteil chen zunächst in einer oxidierenden Atmosphäre eine Zeitlang erhitzt
wird, die nicht ausreicht, -die Teilchen nichtagglo merativ zu machen, und zwar
bei einer Temperatur im Bereich von 2600C bis unterhalb der Fusionstemperatur der
Kohle, wobei ein Was'sersprühstrom zwecks Regelung der Temperatur
direkt
auf das Bett gerichtet ist, und dann das Material in einer nichtoxidierenden Atmosphäre
bei 3990 bis 5380c erhitzt wird, um es nichtagglomerativ bzw. nichtagglomerie rend
zu machen.
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Es wird des weiteren ein nichtagglomeratives Kohleprodukt in Teilchenform
vorgeschlagen, welches aus einer zusammenbacken den Kohle mit hohem Gehalt an flüchtiger
Materie stammt, wobei diese Teilchen in ihrer Gestalt unregelmäßig sind, eine scheinbare
Dichte von o,56 bis o,72 g/cm), eine Oxidationszahl von mindestens 9o und eine der
Rohkohle vergleichbare Härte aufweisen.
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Im weiteren Sinne betrifft das Verfahren die Behandlung klassierter
Kohleteilchen bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen in Vorbereitung auf ihren
Einsatz als Ausgangs material zur Herstellung von aktiviertem Kohlenstoff, Aktiv
kohle, Carbonisatkohle und Synthesegas. Im einzelnen umraßt das Verfahren eine Zweistufenarbeitsweise,
wobei klassierte Kohleteilchenzunächst einem oxidierenden Fluidisiergas bei einer
Temperatur vorzugsweise über etwa 2600C, jedoch unter~ halb der Fusionstemperatur
der Kohle, vorzugsweise unter 4ovo00' ausgesetzt werden, wonach unmittelbar eine
Wärmebehandlung in einem inerten (nichtoxidierenden) Fluidisiergas bei einer noch
höheren Temperatur, vorzugsweise huber 3990C, äe doch unter 558°C, folgt.
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Ein anderer wesentlicher Erfindungsaspekt ist die Anwendung eines
Wassersprühstroms zur genaueren Regelung der Tempert~ tur des Oxidationsfließbettreaktors
. in welchem Wärme freigesetzt wird.
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Es wurde festgestellt, daß man in vorveröffentlichten Drucke schriften,
welche Kohlebehandlungen betreffen, eine Identische Terminologie verwendet, um völlig
verschiedene Prozeduren
oder Behandlungen zu beschreiben. Um unnötige
Verwirrung hinsichtlich der Bedeutung dieser Erfindung zu vermeiden, soll hier besondere
Betonung auf ihre Anwendbarkeit zur Herstellung von aktivierter Kohle bzw. aktiviertem
Kohlenstoff und/oder Synthesegas gelegt werden. Es versteht sich Jedoch, daß das
Verfahren gleichermaßen gut geeignet ist für andere, sich von klassierter Kohle
ableitende Produkte.
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Gemäß einer bevorzugten Technik zur Herstellung aktivierter Kohle
bzw. aktiviertem Kohlenstoffs können die folgenden grundlegenden Schritte angewendet
werden: a) Vorbereitung der Kohle zur Fluidisierung mittels Zerkleiner und Klassieren;
b) Oxidation und Wärmebehandlung zwecks Verhinderung einer Agglomerisation; c) (wahlweise)
Carbonisierung, Aktivierung; und d) Säurewaschung, um ewenn nötigt Asche zu entfernen.
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Im Lichte des voranstehend gewürdigten Hintergrundmaterials ist das
erfindungsgemäße Verfahren abzugrenzen, d.h.die Oxidation-Wärmebehandlung (Schritt
b), wobei die agglomel rativen Tendenzen von klassierter Kohle beseitigt und ein
Produkt verbesserter Qualität und Ausbeute erhalten werden.
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Unerwarteterweise sind allgemein mindestens vier bedeutende Vorteile
zu beobachten, wenn man klassierte Kohleteilchen nach der zweistufigen Oxidations-Wärmebehandlung
konditioniert bzw. verarbeitet: (1) Die erhaltenen Teilchen wurden nichtagglomerierend
bzw.
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nichtagglomerativ gemacht und können daher schnell als Rohmaterial
zur Herstellung aktivierter Kohle, aktivierten Kohlenstoffs und von Synthesegas
in Fließbettreaktoren bei erhöhten Temperaturen der Größenordnung 9820 - 1o9300
ohne
öftere Stillsetzung der Fließbettreaktoren eingesetzt werden.
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(2) Es ergibt sich eine wesentliche Verbesserung in der Qualität der
erhaltenen Teilchen. Zum Beispiel behielten die so behandelten Teilchen ihre ursprüngliche
irreguläre Gestalt bei und waren härter als die bisher erhaltenen abgerundeten,
weichen und weit weniger dichten Produkte.
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Diese Qualitäten sind für die Abriebfestigkeit im fluids sierten
Zustand wichtig.
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(3) Es wurde eine bedeutende Zunahme der Ausbeute an festem Produkt
erzielt. Während bei einem Einstufenverfahren Produktausbeuten von 70 - 75 ffi erhalten
wurden, ließen sich mit dem erfindungsgemäßen Zweistufenverfahren Ausbeuten bis
zu 89,8 % erhalten. Es wird vermutet, daß die Zunahme der Ausbeute hauptsächlich
auf die herabgesetzte Verbrennungsrate an festem Kohlenstoff, z.B. 1,46 - 2,44 kg/h.m2
Reaktorquerschnittsfläche bei 31515ob, zurückgeht. Dies bedeutet etwa ein Zehntel
der Verbrennungsrate bei 426,500.
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Ein anderer Faktor, wenngleich von geringerer Bedeutung als der erstere,
welcher zur verbesserten Ausbeute beiträgt, besteht vermutlich in der Fähigkeit
der Teilchen, dem Abrieb und daher einem Abbau infolge Abriebschleifwirkung unter
Fluidisierbedingungen zu widerstehen; und: (4) Es wird eine Zunahme der Menge an
gewonnenem flüchtigen Material erreicht.
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Es ist daher anzuerkennen, daß die angeführten Vorteile allgemein
einen bedeutenden technischen wie auch wirtschaftlichen Fortschritt gegenüber herkömmlichen
Verfahren zur Herstellung aktivierter Kohle und/oder von Synthesegas sowie zur Gewinn
nung organischer Materialien aus Kohle darstellen.
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Nachdem die Erfindung kurz beschrieben wurde, wird nun auf die Zeichnung
und die detailliertere Beschreibung der folgenden bevorzugten Ausführungsformen
Bezug genommen, wobei Fig. 1 ein zwei Verfahren veranschaulichendes Blockdiagramm
ist, welche den zweistufigen Konditionierungsprozeß anwenden und zu einem erfindungsgemäßen
Produkt führein; und Fig. 2 eine erweiterte schematische Illustration der zwei stufigen
Oxidations-Wärmebehandlung in einem Fließ bett darstellt.
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In der Fig. 1 ist zu sehen, daß das Zweistufenverfahren in mindestens
zwei verschiedene industrielle Anwendungsbereiche einbezogen werden kann. Der spezielle
eingeschlagene Weg hängt natürlich vom erwünschten Endprodukt ab, d.h. ob aktiv
vierte Kohle bzw. Kohlenstoff, Synthesegas oder eine Kombi~ nation von beiden.
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Wenn das angestrebte Produkt aktivierte Kohle bzw. Kohlen stoff ist,
wird Kohle, vorzugsweise bituminöse Kohle, zerkleinert und klassiert unter Anwendung
einer herkömmlichen Vorrichtung mit einem oder mehreren Waschschritten zwischen
den Operationen, um einen zur Fluidisierung geeigneten Teil chengrößebreich zu erhalten,
der im allgemeinen kleiner als 6 mesh (lichte Maschenweite: 3,33 mm) ist. Die klassieten
Teilchen werden in einem unter einer oxidierenden Atmosphäre bei einer Temperatur
unterhalb der Fusionstemperatur der Kohle, vorzugsweise bei etwa 315,500, gehaltenen
Reaktor fluidisiert, um die Verflüchtigung organischer Substanzen in der Kohle einzuleiten.
Die Teilchen werden dann einer zweiten fluidisierenden Wärmebehandlung unter einer
Inertatmosphäre, die vorzugsweise bei etwa 420,5°C gehalten wird, unterzogen, wobei
die klassierten Teilchen nichtagglomerierend gemacht
werden. Das
verflüchtigte Material wird im allgemeinen wiedergewonnen.
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Eine Carbonisierung schließt sich wahlweise nach der Wärmebehandlung
an und wird im allgemeinen bei einer 5380C über~ steigenden Temperatur durchgeführt,
um alles oder einen Teil des restlichen organischen Materials aus der kohlenstoffhalti
gen Struktur zu entfernen und die Struktur geeigneter für eine Aktivierung zu machen.
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Der Aktivierungsschritt kann, wie oben angegeben, unmittelbar entweder
der Wärmebehandlung oder Carbonisierung folgen, wenn diese angewendet wird. Im allgemeinen
wird die Aktivin~ rung bei 926 - 9820c mit Wasserdampf oder einem geeigneten sauerstoffhaltigen
Gas als Aktivierungsmittel ausgeführt.
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Obwohl der genaue Mechanismus zur Aktivierung nicht ganz verständlich
ist, besteht das Ergebnis einer solchen Prozedur in einer wesentlichen Zunahme der
Porosität und wirksamen Oberfläche des Kohlenstoffs, was die Struktur äußerst adsorp
tionsfähig macht.
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Wie bereits festgestellt, diktiert das angestrebte Endprodukt, welcher
der speziellen, in Fig. 1 gezeigten Wege eingeschlagen werden soll. Wenn das angestrebte
Produkt hauptsächlich Synthesegas mit erwünschtermaßen geringeren Mengen an aktiviertem
Kohlenstoff bzw. Kohle ist, wird der auf dem rechtsseiti gen Teil der Fig. 1 gezeigte
Weg eingeschlagen. Wenn die nichtagglomerativen Teilchen einer Vergasungsreaktion
in Gegen wart von Wasserdampf bei etwa 9820C unterworfen werden, sind die bedeutenden
Vergasungsreaktionen wie folgt: (1) C + O2 = C°2 (2) C+ H20 = CO + H2 (3) c+ 2H2
= CH4.
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Selbstverständlich kann die gesamte Vergasung des eintreten~ den kohlenstoffhaltigen
Materials bewirkt oder eine teilweise Vergasung des eintretenden Materials ausgeführt
werden, wobei der nichtvergaste Teil wahlweise als aktivierter Kohlen stoff gewonnen
wird. Die speziellen Verhältnisse an gewonnenen Feststoffen zu Gasen hängen von
wirtschaftlichen Faktoren wie den Marktwerten der gewonnenen Produkte ab.
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Die gewonnenen gasförmigen Vergasungsprodukte werden dann einer Reihe
von Arbeitsgängen unterzogen, die zur Erhöhung des Methangehaltes des Gases bestimmt
sind. So wird in der Wechselreaktion Kohlenmonoxid mit Wasserdampf in Gegenwart
eines geeigneten Katalysators umgesetzt, um Kohlendioxid und zusätzlichen Wasserstoff
zu bilden. Die Beseitigung von Schwer felverbindungen und Kohlendioxid in dem Gas
wird bei dem Reinigungsschritt vor der Methanisierung durchgeführt, wo restliches
Kohlenmonoxid in Gegenwart von Wasserstoffund eines geeigneten Katalysators in Methan
umgewandelt wird.
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Diese Verfahrensweise ergibt ein gasförmiges Produkt, welches praktisch
alles Methan darstellt. Synthesen mit geringeren Prozentgehalten können Jedoch ebenfalls
erzielt werden durch Auslassen und/oder Modifizieren eines oder mehrerer der vorl
erwähnten Schritte.
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Die Kohle, welche sich als am geeignetesten zur Herstellung von aktiviertem
Kohlenstoff erwiesen hat, wird als bituminöse Kohle mit hohem Gehalt an flüchtiger
Materie bezeichnet.
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Solche Kohlen werden typischerweise als A, BI und Typen bezeichnet,
welche nach der ASTM-Klassifizierung weniger als etwa 70 Ges.~% trockenen festen
Kohlenstoff und mehr als etwa 30 Ges.~% trockene flüchtige Materie enthalten. Kohlen
mit hohen Gehalten an flüchtiger Materie, welche vorteilhaft verwendet werden können,
sind innerhalb der Vereinigten Staaten weit verbreitet, z.B. im West Virginia, Kentucky,
Ohio, Pennsylvania, Illinois, New Mexico. Es wird verwiesen auf
die
Veröffentlichung "Chemistry of Coal Utilization von Lowry, Kapitel 2 (John Wiley
and Sons, N.V., 1945), worin sich eine vollständigere Beschreibung der verschiedenen
Kohleklassifizierungssysteme findet. Die verwendete klassierte Kohle besitzt eine
Teilchengröße, welche von etwa 6 mesh bis etwa 325 mesh (o,o44 - 3,36 mm) reicht,
wobei 12 mesh bis 40 mesh (o,42 - 1,68 mm) bevorzugt sind (sämtliche mesh-Größen
in dieser Anmeldung beziehen sich auf das U.S.
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Standard Sieve).
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In Fig. 2 ist das zweistufige Konditionierungsverfahren gemaß der
Erfindung schematisch in etwas größerem Detail als in Fig.
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1 gezeigt. Die klassierte Kohle wird in einen Fließreaktor A eingegeben,
der mit einer perforierten Kohleträgerplatte lo ausgestattet ist und durch aufwärts
gerichtetes sauerstoffhaltiges Gas 12 in einem fluidisierten Zustand gehalten wird.
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Der Prozentgehalt Sauerstoff in dem rluidisierenden Gas ist nicht
entscheidend und kann in weiten Grenzen variieren.
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Gute Ergebnisse sind mit Gasen erhalten worden, die bis zu 21 Vol.-%
Sauerstoff enthalten. Aus wirtschaftlichen Gründen wird Luft verwendet (20,8 % Sauerstoff),
obwohl Stickstoff~ gemische mit kleineren oder größeren Konzentrationen an Sauer
stoff ebenfalls verwendet werden können.
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Die Bettemperatur des Reaktors A wird vorteihafterweise bei etwa 315,5
+ 2800 durch einen im Reaktor vorgesehenen Wassersprühstrom 14 gehalten. Automatische
Temperaturmeßvorrichtungen (nicht gezeigt) bieten einen sehr wirksamen Weg zur Regelung
der Zugabe von Kühlwasser, um die während der Oxidation der Teilchen freigesetzte
exotherme Wärme zu entfernen. Z.B. kann ein geeignetes Thermoelement, das mit einem
Temperaturregler elektrisch verbunden ist, zur Steuerung eines Ventils 15 verwendet
werden, das z.B. elektrisch oder pneumatisch arbeitet.
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Gegebenenralls kann das Ventil 15 auch mit Hand geregelt werden. Es
wurde gefunden, daß das direkte Einspritzen von
flüssigem Wasser
in das Fest/Gas-Gemisch im Reaktor A äußerst wirksam ist zur Regelung der Reaktionstemperatur.
Dies resultiert aus der hohen Geschwindigkeit der Wärmeübertragung zwischen der
eingespritzten Flüssigkeit und dem Fest/Gas-Gemisch und der verhältnimäßig hohen
Verdampfungswärme des Wassers (etwa o,556 kcal/g). Außerdem können durch Anwendung
einer direkten Kühlmethode wesentliche wirtschaftlicheVorteile erzielt werden.
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Dies schließt eine geringere Kapital investition und geringere Betriebskosten
ein. Teure Wärmeaustauschvorrichtungen können eliminiert werden. Durch direktes
Einspritzen von Wasser kann die Reaktionstemperatur innerhalb weniger Grade der
gewünschten Temperatur gehalten werden. Die Sprühkühlung ist die bevorzugte Technik
wegen ihrer rascheren Ansprechbarkeit und der besseren Regelung als bei indirekten
Kühlmittel, z.B. Kühlschlangen.
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Die mittlere Verweilzeit der Kohleteilchen in dem Reaktor kann in
weiten Grenzen variiert werden, was von Faktoren wie der Art der verwendeten Kohle,
dem Prozentgehalt Sauerstoff in dem Fluidisiermedium, dem Feuchtigkeitsgehalt und
ähnlichem abhängt. Im allgemeinen reicht eine mittlere Verweilzeit bis zu 1 Stunde
aus, um die gewünschten Ergebnisse zu erhalten.
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So zeigen zum Beispiel Kohleteilchen, die den Fließaktor A verlassen,
eine Sauerstoffaufnahme im Bereich von etwa o,l bis o,25 kg Sauerstoff Je kg Kohle.
Der Wert der Sauerstoffaufnahme bedeutet dieJenige Menge an Sauerstoff, die durch
Umsetzung und Absorption verbraucht wird. Obwohl die Sauerstoffaufnahme bei 260°C
oder so eintritt, ist es wichtig festzuhalten, daß die den Fließbettreaktor A verlassenden
Kohleteilchen noch ihre agglomerierenden Eigenschaften behalten, was durch die geringe
Oxidationszahl, z.B. 5 - lo, zum Ausdruck kommt, wie im größeren Detail noch nachfolgend
beschrieben wird.
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Es ist daher wesentlich, daß der zweite Teil des Konditionierungsverfahrens
dieser
Erfindung unter vorbestimmten Bedingungen ausgerührt wird, um diese Agglomerierungstendenzen
zu beseitigen und dennoch die erwünschten physikalischen Eigenschaften der Teilchen
zu erhalten. Die oxidierten Teilchen werden aus dem Fließreaktor A zum Fluidisierreaktor
B durch Leitung 16 befördert, in welchem eine von zusätzlicher Verflüchtigung der
Teilchen begleitete Wärmebehandlung bewirkt wird. Die Betriebstemperatur des Reaktors
B wird vorteilhafterweise bei etwa 399°C bis 482°C und am bevorzugtesten bei 426,5°C
+ 280C gehalten. Das Fluidisiergas 18 wird unterhalb der perforierten Trägerplatte
20 mit vorgeschriebener Temperatur eingeleitet. Das Fluidisiermedium muß seiner
Natur nach nichtoxidierend sein, wie z.B. Wasserdampf, Rauchgas oder Stickstoff.
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Da keine weitere stark exotherme Oxidation im Reaktor B stattfindet,
besteht keine Notwendigkeit für Kühlmittel, direkte oder indirekte, wie sie für
den Reaktor A vorgesehen sind.
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Die mittlere Verweilzeit der im Reaktor B behandelten Kohleteilchen
kann in weiten Grenzen variiert werden und hängt von der Natur und Größe der zu
behanilnden Teilchen ab, wie bereits in Bezug auf Reaktor A angegeben wurde. Es
wurde gefunden, daß im allgemeinen eine mittlere Verweilzeit von lo Minuten bis
zu 1 Stunde ausreicht, um die Teilchen nichtagglomerierend zu machen. Die Zeit kann
natürlich ohne nachteilige Wirkungen verlangert werden, wenn dies notwendig ist.
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Nach dem Kontakt mit den Kohleteilchen werden die Fluidisiergase aus
den Reaktoren A und B durch die entsprechenden Leitungen 24,26 als "Abgas" abgeleitet.
Das Abgas kann wiedergewonnen, von flüchtigen Bestandteilen befreit und wiederverwnedet
oder durch Abbrennen verworfen werden.
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Das den Reaktor B durch Leitung 22 verlassende feste Produkt kann
zur Abpackung als Zwischenprodukt gewonnen oder direkt im Verfahren für aktivierte
Kohle bzw. Kohlenstoff oder im
Verfahren für Synthesegas, wie in
Fig. 1 gezeigt, eingesetzt werden. Dieses- Material ist leicht unterscheidbar als
nichtagglomerierender Kohlenstoff bzw. nichtagglomerierende Kohle mit einem Härtewert-und
einer Teilchengestalt, die im wesentlichen vergleichbar sind der ursprünglichen
Siebkohlebeschickung.
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Ferner liegt die scheinbare Dichte des erfindungsgemäßen Produktes
im Bereich von o,56 bis o,72 g/cm). Demgemäß weist dieses Material verbesserte Eigenschaften
gegenüber Materialien auf, die nach anderen Verfahren hergestellt sind. So ist das
erfindungsgemäße Produkt auch brauchbar als Ausgangsrohmaterial zur Herstellung
von aktivierter Kohle bzw. aktiviertem Kohlenstoff und Synthesegas.
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Nach Beschreibung der Erfindung im allgemeinen Rahmen soll das folgende
Beispiel, welches unter Bezug auf die Zeichnung gegeben ist, die Erfindung im einzelnen
erläutern, jedoch nicht beschränken.
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Beispiel Klassierte bituminöse Kohle mit hohem Gehalt an flüchtiger
Materie (Spezifikation C) mit einer-CWS-Härte (Ghemical Warfare Service) von 63
wurde-nach Schritt 1 der Erfindung in einem Stahl-Fließbettreaktor von 45,72 cm
Durchmesser (Fig. 2 Reaktor A), der mit einem Wassersprühstrom versorgt wurde, unter
den folgenden Betriebsbedingungen verarbeitet: Teilchengrößenbereich der Kohle:
12-4o mesh (Tylersieb) (o,42-1,40 mm) Fluidisiergas: Rauchgas mit lo ffi Sauerstoff
Badtemperatur: 2880 - 315,500 Verweilzeit: 3o Minuten
Die so behandelten
Kohleteilchen zeigten gute physikalische Eigenschaften, behielten Jedoch noch ihre
Agglomerierungsten denz bei, wie aus Tab. I zu ersehen ist.
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Die nach der oben angegebenen Prozedur behandelte klassierte Kohle
wurde weiter nach Schritt 2 der vorliegenden Erfindung in einem Stahl-Fließbettreaktor
von lo,16 cm Durchmesser (Fig.
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2, Reaktor B) unter den folgenden Betriebsbed-ingungen verarbeitet:
Fluidisiergas: Stickstoff (sauerstofffrei) Badtemperatur: 426,50 - 454,500 Verweilzeit:
3o Minuten Die so behandleten austretenden Teilchen wiesen außergewöhnliche physikalische
und nichtagglomerierende Eigenschaften auf, wie aus Tab. I zu ersehen ist.
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Vergleichs test In diesem Test wurde klassierte bituminöse Kohle
mit hohem Gehalt an flüchtiger Materie (Spezifikation C), die identisch mit der
im Beispiel verwendeten war, einem einstufigen Konditionierungsverfahren unterworfen,
um die Ergebnisse desselben mit dem Zweistufenverfahren der Erfindung zu vergleichen.
Die Betriebsbedingungen waren wie folgt: Fluidisiergas: Stickstoff mit lo % Sauerstoff
Badtemperatur: 426,5 C Verweilzeit: 30 Minuten Die austretenden Teilchen waren nichtagglomerativ.
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Wie jedoch aus Tab. I unten zu ersehen ist, waren die Produktausbeuten
und die Qualität nicht annähernd so gut, wie sie im Beispiel erhalten wurden.
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Tabelle I Vergleichs ergebnisse nach zwei unterschiedlichen Fließbettverfahren
zur Präparierung bituminöser Kohle mit hohem Gehalt an flüchtiger Materie zwecks
Herstellung von aktivierter Kohle bzw. Kohlenstoff Unbehandelte Vergleich Zweistufenverfahren
Kohle Einstufenver- (Erfindunz) fahren Oxidation Wärmer (Oxidation) behandlung Festprodukt~
ausbeute (%) - 75 - 89,8 Scheinbare Dichte (g/cm3) o,752 o,4 o,666 Sauerstoffaufnahme
(kg/kg Kohle) - o,25 o,25 o Oxidationszahl k 0 9o lo 9o+ Teilchenge- unregel- wurde
unver- unversatlt mäßig spärisch ändert ändert CWS-Härtezahl ** 63 37 - 63 Anmerkungen:xEine
Oxidationszahl von 9o oder größer bedeutet annehmbare nichtagglomerative Eigenschaften
und ist äquivalent einem Free-Swelling-Index von Null nach ASTM Designation D-720-46.
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xx Die CWS-Härtezahl (Chemical Warfare Service) ist eine Anzeige
für die Festigkeit von Kohleteilchen gegenüber Abbau durch Wirkung von Stahlkugeln
in einem Ro-Tap-Gerät (Handelsname) wie in Military Specification Document-MIL-C-13724A
vom 4. Mai 1960 angegeben.
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Aus den in Tab. I gezeigten Resultaten wird ersichtlich, daß die vorliegende
Erfindung bisherigen Verfahren der Technik überlegen ist und eine Verbesserung gegenüber
einem einstufigen Oxidationsverfahren im Hinblick auf wirtschaftliche Gesichtspunkte
wie Ausbeute und Qualitätsverbesserung in den physikalischen Eigenschaften der Teilchen
darstellt.
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Patentansprüche