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Verfahren der Verwertung von Torf und torfartiger Braunkohle. Die
Erfindung (betrifft ein Verfahren zur höchstmöglichen Ausnutzung ider chemischen
und kalorischen Werte des Torfs oder torfartiger Braunkohle durch Versetzung mit
Ka1-ziumkärbonat und Silikaten oder ähnlichen geeigneten mineralischen Zuschlägen
zwecks Gewinnung von Destillat, :Gas und Mörtelbildnern auf :dem Wege (der Destil'lat'ion.
Das Verfahren setzt sich demgemäß aus Vorgängen der Entwässerung und Briikettierung
'des Torfs mit Aden ,Zuschlägen der Destillation und Vergasung ,zusammen, wobei
als Rückstand in der eräasungsvorrichtung lediglich der Mörtelstoff in Form eines
Mörtelkalks. oder Zements zurückbleibt.
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Die bisherigen Mißerfolige bei der gewerblichen Auswertung des Torfs.
sind unter anderem namentlich auf seine hygnoslkopischen Eigenschaften und den starken
Aschegehalt zurückzuführen. Im Rohzustand enthält der Torf mitunter mehr als 9o
Prozent Wasser, und nach natürlicher oder künstlicher Trocknung nimmt er schnell
wieder Wasser aus der Luft auf. So enthalten die nach bekannten Verfahrensweisen
getrockneten oder brikettierten Torfe alsbald immer mindestens 18 bis 2o Prozent
Wasser beim Lagern an der Luft. Selbst .der mehr oder weniger verkokte Torf bewahrt
noch seine Hygroskopiszität und die daraus stammenden Mängel. Der Asehegehallt beträgt
selten weniger. als 6 Prozent, gewöhnlich mehr und bis .zu 2o unld 30 Prozent.
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Nach -den bisherigen Vorschlägen für eine unmittelbare Ausnutzung
oder Verwendung des Torfs will mari ihn mit einem schnell wirkenden, chemischen
Entwässerungsmittel, wie Eisenperchlori!d, Kalziumeh.lorid, Ätzkalk sw., behandeln
unddann mit Hilfe eines Bindemittels brikettieren. Derartig hergestellte Brikette
sollen lediglich als Brennstoff dienen, besitzen eine mittelmäßige Heizwirkung bei
hoher Hygroskopisizität, Rauchentwicklung und starkem Aschege'hält und alle Nebenprodukte
gehen dabei verloren, denn an eine Destillation dieser Brikette unter Gewinnung
wertvoller Nebenprodukte außer den brennbarenGasen dachte man nicht.
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Anderseits hat man auch bereits vorgesohlagen, Brikette für Heizzwecke
mit Zuschlägen von Zement oder Kalk her.zusteil'len und' den Zuschlag mittels Dampfs
zu härten, aber hierzu hat man als Kohlenstoff träger nur nichthygroskopischen Koks-
oder Kohlenstaub benutzt. Dieses einfache Verfahren ist jedoch :bei Torf und ähnlichen
H31drozellullose enthaltenden Brennstoffen nicht anwendbar. Auch .hat man nie daran
gedacht, das Erzeugnis zwecks Gewinnung eines brennbaren Gases und wertvoller Nebenprodukte
zu destillieren.
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Die unmittelbare Verfeuerung von Torfbriketts ist jedenfalls wirtschaftlich
unrentabel. Nur bei einer Vergasung des Torfs lassen sich alle Werte desselben gewinnen,
und man hat auch in neuerer Zeit mancherlei Vorrichtungen für den Zweck in Vorschlag
gebracht. Nach Erfindung wird dabei in eigenartiger Weise verfahren, wie eingangs
angedeutet ist, wobei auch eie relativ höhere Ausbeute an nutzbaren Kalorien als
nach den ibekannten Arbeitsweisen erhalten
wird. Dies hat mit seinen
Grund in der chemischen Zusammensetzung der Brikette, die hier unter Zuschlag mörtelbildender
Stoffe zum Torf un.d Einwirkung 'gespannten Dampfs gebifdet werden unld namentlich
K al@zium@carbonat, Kalziumhydrosifikat sowie andere Hydrosilikate enthalten.
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Aus (dieser chemisch proportionierten Zusammensetzung folgt, daß durch
atomische Umsetzung zwischen i. :dem festen Kohlenstoff des Torfs und seiner Kohlenwasserstoffe,
die der eigentlichen Destillation widerstanden haben, 2. dem dem Konstitutionswaser
,der Hydrosilikate :der Brikette entstammenden. Wasserstoff und Sauerstoff, 3. der
Kohlensäure aus dem ganzen Kailziumkarbonat der Brikette, das der eigentlichen Destillation
widerstanden bat, die erwähnten thermochemischen Reaktionen einerseits ein Heizgas
ergeben, das in der Hauptsache aus Koihlenoxyd und Wasserstoff mit einem Gehalt
an nicht ver(dichübaren Koh!lenwasserstofen ;besteht die aus der reinen unid einfachen
Destillatio,n des Torfs entstehen und anderseits Kohlensäure entbinden und Ätzkalk
entstehen lassen, der in Ka1Tehydrat von mehr oder weniger hydraulischen Eigenschaften
und selbst in eine Art Zement umgesetzt wird, und zwar infolge einer teilweisen
Balidung von Silikat oder Siliko-Al'uminatanhydrit. Diese Bildung ist zum Teil eine
unmittelbare Folge der erwähnten des, chemischen Konstitutionswassers des Kalziumliydnosillikats.
Der hydraulische Kalk oder Zement ist,der einzige Stoff, der allein in dem Destillationsapparat
(Retorten o. dgl.) zurüdkbleilbt.
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Dementsprechend stehlt sich Idas neue Verfahren im einzelnen wie folgt
dar: Man zerkleinert zunächst den Torf möglichst gleichmäßig unld versetzt ihn .mit
gemahlenem oder pulverisiertem Ka'lziuimkarfbionat sowie auch mit frisch gebranntem
Kalk oder aber mit trockenem Kalziumchilorid.
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Je nach den vor'liegend'en Analysen ibemißt man die Mengen der einzelnen
Zusätze fest.-Verarbeitet man beispielsweise einen Torf von folgender Zusammensetzung:
33 Prozent Wasser, 23 Prozent flüchtige Bestandteile, 31 Prozent nicht gebundener
Kohlenstoff, g Prozent Tonerde und` q. Prozent kalkhaltiige Bestandteile, so fährt
man wie folgt fort: Es wird eine solche Menge Is.alizi@urnkanbonat verwendet, 'daß
die Menage des darin wie auch im Torf enthaltenen, gebundenen Koh'l'enstoffs etwas
geringer ist als die Menge :des freien Kohlenstoffs im Torf, und die Mengen Kalziumoxvd
sowie Tonerde oder Si'likatverbindungen werden so bemessen, daß der als festes Endprodukt
erscheinende hydraulische Käl'k von ;guter Beschaffenheit ist. Demgemäß werden ioo
kg Torfmehl zeit 225 kg gemahlenem Kalkstein, 44 @kg gen.aihlener Tonerde und Kieselsäure
(oder Silikate, 28 kg gebranntem Kalkpulver und 3 kg Kälziumchlorid oder einer sonstigen
.geeigneten Chlorverbindung gemischt.
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Die Mischung dieser 400 1%g der v erschiedenen Materialien er folgt
in Maschinen bekannter Art.
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Es muß nun darauf geachtet werlden, daß i. die so erhalten Masse gleichmäßig
mehr trocken als feucht ausfällt, weshallb man die Löschung des Kalks duch Aufnahme
der natürlichen Feuahtii,lkeit des Torfs (bewirkt; 2. daß -älle Bestandteile der
Masse gleichmäßig gemischt und durch die gesamte Masse verteilt sind.
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Hat (die Masse die erforid'erliche Beschaffenheit, so preßt man sie
in den gebräuchlichen Pressen zu Briketten. Die fertiggestellten Brikette werden.
aufgestapelt .und an einem geeigneten Trockenplatz gehärtet, wolbei die sich bildenden,
fadenrförmigen Kaliziumoxychloridkristalllle die allzubroße Sprödigkeit der Brikette
verhindert.
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Nachdem (die Brikette auf (diese Weise (der Einwirkung der Luft etwa
einen, halben Tag lang ausgesetzt -worden sind, unterwirft man sie def Einwirkung
vom gesättigtem Wasserdampf unter .Druck und zwar während 8 bis io Stunden in eirein
Autbkilaven unter einem Druck von .6 kg auf das Qüadralzentimeter.
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Je nach dem besonderen Fafl, kann bei erhöhtem Dämp:ldrüekidie Einwirkung
auch kürzere Zeit anidäuern; man wird in jedem F-all bemerken, daß .die Brikette
dabei weiter gehärtet werden und der Torf eigentümliche chemische Veränderungen
erleidet.
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Zunächst zeigt sich: eine Uniformung der Hvdrozell'ull!ose zu einer
durchlässigen Masse, deren Wassergehalt zur B'iilldunig des Kalziumhydrosiol'ikats
beiträgt, welches d'ie Fasern des Torfs einhüllt, indem es' eine chemische Verbindung
mit der Hydroze111'ullose eingeht. ' Man darf auch nicht vergessen, .daß das gebildete
Hydrosilikat unlöslich ist und daß es in (der Kälte wenig @durchdringli.ch ist;
andernteils gilbt es sein Konstitutionswasser erst wenn es zur Hochglut erhitzt
wirid, ab. Ein anderes Resultat der Reaktion von Kieselsäure auf K'allkverbindungen
unter .der Wirkung von bespanntem Dampf besteht in dem Zerfallen der Ulminkörper
des Torfs durch die Wirkung der Chloratome, die J'urch. .die Kieselsäure ersetzt
werden. Dieser Zerfall' (der Fasern des Torfs mac'h't sie der einhüllenden Einwirkung
des Kializiurn'hydrosilikats noch weiter zu- j igänglliich. -Nachdem atif d'i'ese
Weise .die, Masse völlständig
in Forn von Briketten gehärtet ist
und keine Feuchtigkeit aufnehmen kann, kann man sie entweder sofort weiter verarbeiten
oder für spätere Verarbeitung einlagern. So läßt sich das Verfahren in 'der Weise
durchführen, ,daß :inan ivähren;d :der schlechten Jahreszeit die Destillation vornimmt
und in der besseren Jahreszeit -die Gewinnung des Torfs, seine Brikettierung und
Trocknung betreibt.
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Die Destillation und Vergasung der Torfbrikette erfolgt nun wie folgt:
Zunächst erhitzt man die Brikette langsam auf 550 bis Eoo° C. Diese Destillationsperiode
kann je nach der behandelten Menge 15 ''Uis 20 Stunden forligesetzt -verden. Man
,benutzt .hierzu und zur weiteren Vergasung entwdider horizontalliegende Retorten,
-wie sie für Steinkohlenvergasung benutzt werden, oler senkrechte ;Retorten, wie
sie für die Verkokung von Torf bei -den bekannten Ziegleräfen verwendet werden,
aber man kann auch andere Retorten und- Ofenarten für »diesen Zweck verwenden. Nach
;der ersten Destillationsperiode läßt man eine zweite kürzere Vergasungsperiode
folgen, welche :bei einer Temperatur von zioo bis i2oo° durchgeführt wird.
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Die Verbrennungsgase welche den Ofen verlassen, besitzen eine so hohe
Temperatur, @daß man sie zum Vorwärmen in einem anderen Ofen oder in einem anderen
Teil desselben Ofens für die einfache oder Vorvergasung benutzen kann.
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,Während der ersten Periode ider Destillation :gehen in dem Teinperaturinterva'lf
von i io bis 58o° Anteile über, welche durch Abküh king flüssig gemacht werden können.
Die erh'a'ltenen Produkte sind diesnben, «ie sie bei der trocknen Destill@ätiian
von Torf in geschlossenen Retorten ,auftreten, ;d. h. es gehen in der Hauptsache
ammoniakhaltiges Nasser mit Essigsäure und Methylälkoh,äl' über, dann aber auch
Teer und schwere Ko h4:en,wasserstoffe. Gegen Ende erhält man (dann noch eine kleine
Menge Kohlensäure. Von 25o° an beginnen Koh'l-enwasserstoffe überzugdhen.
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Das schnelle Albführer der Kohll'enwasserstoffe sofort .bei Erreichlung
ihrer Entbindungstemperaturen verhütet die Bilidung von Pyroderivaten welche [bei
den ibeikannten Torfvergasungsprozes,sen eine unvermeidliche Zersetzung ,dieser
Kohlenwassergtoffe zu nicht konldensieribaren Gasen herbeiführen und, zur Bilfdung
von Teeren ,führen, die sehr viel u.ngebundenen Kohlenstoff enthalten.
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Das neue Verfahren ermöglicht somit eine große Ausbeute an verdichtbaren
Kohlenwasserstoffen mit geringem Kohlenstoffgehalt.
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Zwischen der Destillationsperiolde und der Vengaeungsperiode wird
eine Üibergangserhitzung durchgeführt, die so kurz als möglich gehalten wird. Während
dieser Zwischenperiode nimmt fdie Kohlensäureentwick'lung zu, es entstehen aber
immer noch einige weniger leicht kondensierbare Kohfienwasserstoffe, auch enthält,das
Gas etwas Wasserdampf, welcher aus dem Kalizitmihvdrositlilcat entsteht, wie oben
angegeiben. Um während dieser kurzen Periade die Gasentwicklhing zu unterbinden
oder wenigstens stark herabzusetzen, ikann man die Saugpumpen verlangsamen odr stillsetzen.
Das richtige Absaugen (darf erst wieder im follgenden Stadium ades Verfahrens eintreten.
In der Ü,berganggperiodt muß man nach Möglichkeit die Entnahme des aus Kohlensäure,
Kohlenwasserstoffen und Wasserdarnp:f bestehenden Gasgemischs -unterlassen. Man
kann das Gasgemisch aber mit Vorteil in andere Retorten überleiten, in denen die
Bri@lcette sich bereits im Stadium der Vergasung bei i ioo Abis i2oo° C befinden.
Arbeitet man so mit zwei Retorten ,bzw. mit zwei Retortensätzen gleicher Anordnung,
so kann diese iJ[berleitting des Z,#v`ischenigasgemisdhs im gegebenen Zeitpunlct
abwechselnd erfolgen. Bei der folgenden Schlüßperioide des Verfahrens werden die
Retorten dann auf rioo bis i2oo° erhitzt, wadürch nicht all'e'in die volll,stän`dige
Vergasung erzwungen lvird, sondern auch:. ein ,Kalzinferen ides R ückstarids stattfindet,
der bei richtiger Leitung einen hydraulischen. Kalk oder Zement von gleich:-mäßiger
Güte darstellt.
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Ist die Überführung des Kalks in Zement beab,sic'htigt, so muß die
Temperatur au.f den höchsten Grad, bis zu 1500° C, gesteigert und ,der Gehalt an
Tonerde und Kieselsäure in den Briketten entsprechend gewählt werden. Die Temperatur
von i ioo Abis i2oo° ist für -die Durchführung des Verfahrens gleichwohl sehr vorteilhaft,
namentlich in ;bezug auf den Eintritt und Verlauf :der thermochemischen Reaktionen,
nämlich i. Entwicklung der .Kohlensäure und Bildung von Käliziumoxyd, welches sich
in hydraulischen Kalk unter teilweiser Umwandlung in .Sillikat- oder Sili;ko-A'luniinatanhyd'rid
umsetzt und zu Ende des Verfahrens allein in der Retorte zurückbleibt, 2. Entbindung
des Wassers aus. dem Kalziumhydrosilikat unter Bitldung der genannten wasserfreien
Alu;minium,Sililcat-'#rerbindungen @bzw. Siliikate, 3. Atomvertauschungen !zwischen
a) dem festen Kohlenstoff des Torfs und seiner seltenen. Kohlenwasserstoffe, welche
der Desti'llatnon widerstanfden, ib) dem Wasserstoff unld Sauerstoff ides chemischen
Konstitutionswassers des als Härtemittel' wirkenden Hydrosilikats, ,c) (der Kohlensäure
des Kaliziumkärbonats,
welche in den Briketten der Destillation
widerstanden hat.
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Endlich bildet sich dabei einbrennbares Gas, welches in der Hauptsache
aus Kohleni oxyd, etwas freiem Wasserstoff und nicht kon,densier'baren Kohlenwasserstoffen
besteht. Der Gehalt Idieses Gases an Kohlensäure wird (bei der gewerblichen Ausführung,
wo es auf Koihlenmonoxydgas anlcoimmt, auf ein Mindestmaß herabgedrückt, ida die
Temperatur der Zersetzung des Kohlenmonoxyds in Sauerstoff und K,ohilensäure weit
unterhalb derjenigen liegt, 'bei welcher .die eigentliche Vergasung einsetzt und
das l',-#ohlenmonoxydgas um so stabiler wird, je höher :die Temperatur steigt.
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Abgesehen hiervon darf nicht vergessen werden, daß ibei normaler Zus@aanimensetzung
das erzeugte Gas keinen Stickstoff enthält und daher schon viel wertvoller ist als
das Gas, welches nach den bekannten Torfvergasungsmethoden-'hergestellt wird, somit
euch. einen größeren Verwendungskreis besitzt und namentlich zum Antrieb von Kraftmaschinen
mit innerer Verbrennung benutzt werden kann.
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In Fällen, wo für die Destillation unid Kal-`'zination nur eine einzige
Retorte oder Retortenreihe zur Verfügung steht, kann anan die Gewinnung der Dämpfe
und': Gase aus der Übergangsstufe, wie oben angegeben, leiten. Außerdem läßt sieh
die Dauer 'dieser Übergan;gsstufe ohne- große Verluste an Kohliensäure abkürzen
indem man die Temperatur der Destilfationsperiode auf 675 Abis 700° C erhöht.
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Das Gemisch aus Kohlensäure, Wasserdampf und' Kohlenwasserstoffen,
welches zu Beginn der dann folgenden Vergasun:gs- oder Kal:zinierun.gsperiode übergeht,
ist alsdann fast frei von Kohlensäure und Wasserdampf, indem daraus Kohllenmonoxyid@gas
!und Wasserstoff durch Atomvertauschung, wie bereits i erwähnt, gebildet wird. Man
kann diesen Vorgang auch in .der Weise vermitteln, daß man das 'Gemisch der drei
genannten Gase durch einen genügend langen Zylinder aus feuerfestem Ton schickt,
welcher mit Por zeil@lanscherben angefüllt ist :und auf helle Rotglut erhitzt wird.