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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Eptfärbungskohle. Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung aktiver Kohle
aus kohlenstoffhaltigem Material unter Anwendung von Hitze und Wasserdampf und (oder)
anderen aktivierenden Gasen, wie Kohlensäure, Verbrennungsgase, Luft, Kohlenoxyd,
Wasserstoff, Chlor usw., oder solche Gase enthaltende Gemische. Als Ausgangsmaterial
kommen hierbei z. B. Holz, Torf, Braunkohle oder Lignit, Holzkohle, Torfkohle, pflanzliche
Fasern und Abfälle, Lederabfälle und ähnliche mehr oder weniger poröse Stoffe in
Frage.
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Bei den bisher bekannten Verfahren dieser Art hielt man es für erforderlich,
das nicht vordestillierte Material anzufeuchten und es alsdann in dünnen Schichten
rasch auf hohe Temperatur zu erhitzen. Das Verfahren arbeitete unterbrochen, und
die Verfahrensstufen wurden in der Retorte an derselben Stelle nacheinander als
einzelne Arbeitsphasen durchgeführt. Ferner hat man vorgeschlagen, in unterbrochenem
Betrieb Holzkohle in einer senkrechten Retorte mit Wasserdampf zu behandeln und
die Kohle in einem gesonderten Feuerraum einem Nachglühen zu unterwerfen.
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Von den bekannten Verfahren unterscheidet sich das Verfahren gemäß
der vorliegenden Erfindung dadurch, daß die Behandlung des Ausgangsstoffes in schrägen
oder senkrechten Retorten in der Weise durchgeführt wird, daß immer mindestens zwei
der zur Erzeugung der aktiven Kohle anzuwendenden Phasen gleichzeitig in der Retorteneinheit
stattfinden, wobei die Beschickung der einzelnen Retorten zeitweise oder beständig
abgezogen wird. Die zwei oder drei Phasen werden dabei somit in fortgesetztem Betrieb
und gleichzeitig in derselben Retorteneinheit durchgeführt.
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Man kann bei der Durchführung des neuen Verfahrens zwei oder drei
Phasen (Destillation oder fortgesetzte Destillation, Aktivierung, Nachglühen) in
einer einzigen Retorte
oder in einer Gruppe von zwei oder drei sich
aneinander anschließenden Retorten durchführen. Bei Benutzung einer Reforte werden
durch Regelung der Erhitzung und Zufuhr der aktiven Gase mindestens zwei Zonen geschaffen.
Dabei wird das aktive Gas oder Gasgemisch fortgesetzt eingeleitet. Es findet also
im kontinuierlichen Betrieb in einer Retorte oder Retortengruppe gleichzeitig entweder
eine Trockendestillation bzw. fortgesetzte Destillation und eine Aktivierung, oder
eine Aktivierung und ein Nachglühen, oder eine Trockendestillation, eine Aktivierung
und ein Nachglühen statt. Zur Aktivierung eignen sich bekanntlich Dampf, Kohlensäure,
Luft usw. oder Gemische derselben, wie Schornsteingase, Verbrennungsgase, brennende
oder verbrannte Retorten-oder Generatorgase usw.
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Die Vorteile des neuen Verfahrens bestehen tt. a. erstens darin, daß
die sonst eintretenden erheblichen Wärme- und Oxydationsverluste vermindert werden,
daß die Reaktionsgase einer bestimmten Zone mittelbar oder immittelbar in einer
anderen Zone, z. B. zur Verdünnung und zum besseren Fortleiten der dort entwickelten
Gase und Dämpfe und zur besseren Erhitzung und Wärmeübertragung des Materials, in
die Retorte eingeleitet und benutzt werden können und daß die eigentliche Trockendestillation
viel schneller, und zwar unter solchen Umständen stattfindet, die für die Herstellung
einer porösen Kohle, die sich am besten zu der eigentlichen Aktivierung eignet,
am günstigsten sind.
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Ein weiterer wesentlicher Vorteil des Verfahrens ergibt sich dann,
wenn man von einem Rohstoff ausgeht, der bei der Erhitzung noch kondensierbare Destillationsprodukte
(z. B. teerartige Produkte) entwickelt, wie z. B. Holz, Torf, Braunkohle ti. dgl.
; man kann den Gang des Verfahrens derart regeln, daß in dein oberen Teil der Retorte
oder in der oberen Retorte der Gruppe eine hinsichtlich der beabsichtigten Aktivierung
des Ausgangsinaterials am besten geeignete Vordestillation, z. B. unter Einleitung
von Gasen irgendwelcher Art und in der am meisten geeigneten Menge, stattfindet
und gewünschtenfalls außerdem noch, Zeas bisher nicht erreicht wurde, Nebenprodukte
dadurch gewinnen, daß die erste Phase bei niedriger Temperatur durchgeführt wird.
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So kann man gemäß der Erfindung durch diese erste Zone ein bei den
dort herrschenden Temperaturen praktisch unwirksames oder wenig wirksames Gas -
z. B. von unten nach oben - hindurchleiten, wodurch eine schnelle Austreibung der
gebildeten gasförmigen Destillationsprodukte erfolgt und vermieden wird, daß diese
wiederum zum Teil adsorbiert oder zersetzt werden und die Zersetzungsprodukte derselben
sich innerhalb oder auf dem trockenen Destillationsprodukt, nämlich der Kohle, absetzen.
Es ist bei der Herstellung von aktiver Kohle von großer Wichtigkeit, dies zu vermeiden.
Bei dieser Vordestillation, die, wie gesagt, gegebenenfalls bei niedrigen Temperaturen
stattfinden kann, lassen sich Nebenprodukte, wie Essigsäure Ammoniak, Methylalkohol,
Teer u. dgl., gewinnen.
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Durch die Kohle in der niedriger liegenden Zone oder Zonen wird ein
aktivierend wirkendes Gas geleitet, entweder von oben nach unten oder umgekehrt.
Hierbei kann sich dann noch eine dritte Zone anschließen, in welcher die bereits
aktivierte Kohle einem Nachglühen oder einer Nachaktivierung unterworfen wird, unter
solchen Umständen, daß in diesem Teil der Retorte die Bildung endothermischer Reaktionen
praktisch vermieden wird. Dazu kann man beispielsweise die in der Aktiv ierungszone
entwickelten Retortengase benutzen. Ein Hindurchleiten von Gas durch das Produkt
ist bei diesem Nachglühen nicht unmittelbar erforderlich. Durch den Zug in der Retorte
kann man dafür Sorge tragen, daß eine hinreichende Absaugung der gegebenenfalls
abgespalteten gasförmigen Produkte stattfindet.
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Gemäß der Erfindung kann man ferner in jeder einzelnen Zone besondere
Gase, welche für diese Zone sich am meisten eignen, zu-und ableiten, wie z. B. Chlor.
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Das Einleiten der Gase kann am unteren Ende der Zone erfolgen und
das Ableiten an dein oberen Ende oder umgekehrt, je nach dem verfolgten Zweck.
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Eine besondere Ausführungsform des Verfahrens besteht darin, daß z.
B. bei Durchführung des Verfahrens in einem zweiphasigen Betrieb aktivierendes Gas
oder Gasgemisch an der unteren Seite der Aktivierungszone eingeleitet wird (oder
an einer Stelle im unteren Teile dieser Zone) und die Reaktionsgase, ohne dieselben
an der anderen Seite dieser Zone abzuleiten, durch die Vordestillationszone hindurchstreichen.
Man kann dazu z. B. eine einfache senkrechte Retorte benutzen.
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Die heißen Reaktions- oder Retortengase fördern sodann beim Hindurchstreichen
durch die Destillationszone die gleichmäßige und schnelle Erhitzung des vorzudestillierenden
Stoffes bis zum Kern desselben, was bei Erhitzung von außen nicht oder sehr schlecht
erreichbar ist. Die Gase fördern auch die schnelle Austreibung und Ableitung der
sich bildenden gasförmigen Destillationsprodukte. Außerdem reißen die gebildeten
reduzierenden Reaktionsgase die gasförmigen Destillationsprodukte
mit
und verhindern in der Weise, daß diese zu lange Zeit in der Retorte verbleiben.
Die vordestillierte Kohle kommt daher in einen stark porösen Zustand, infolgedessen
der Aktivierungsvorgang günstiger verläuft und die Ausbeute sich erhöht. Leitet
man z. B. an der unteren Seite der Aktivierungszone Dampf zweckmäßig in überhitztem
Zustande von z. B. 5oo bis 700° C ein und leitet die Gase an einer oberhalb der
Aktivierungszone gelegenen Stelle ab, so durchströmt dieser glühendes Material von
zunächst steigender Temperatur. Infolge der sich bildenden endothermischen Reaktionen
wird nämlich in der Nähe der Zutrittsstelle eine Abkühlung durch den Dampf verursacht.
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Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens besteht darin, daß man
die in der Aktivierungs- oder Glühphase - entwickelten Retortengase erst zur Beheizung
der Retorte in Verbrennungskammern leitet, dort verbrennt und sodann die glühenden
Gase durch die in der Glühphase (Aktivierungsphase) befindliche Masse hindurchleitet.
Die Abgase können darauf gegebenenfalls wieder in die Verbrennungskammer geleitet
werden.
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Die Temperatur in der Aktivierungszone kann bei Anwendung von Dampf
von etwa 50ö° C z. B. 8oo° bis izoo° C betragen. An der Stelle, wo die Reaktion
der Aktivierung anfängt, ist sie am niedrigsten; oberhalb und unterhalb dieser Stelle
kann die Temperatur erheblich höher sein. Darauf nimmt die Temperatur in der Retorte
oder Retortengruppe in der Richtung nach oben wiederum ab, z. B. bis 5oo° C oder
weniger. Benutzt man gemäß der Erfindung einen Stoff, der bei Erhitzung keine Trockendestillationsprodukte
entwickelt, so findet gemäß der Erfindung in dem einen Teil der Retorte die Aktivierung,
in dem anderen Teil ein Nachglühen statt. Hierbei kann man derart verfahren, daß
durch die Aktivierungszone von unten nach oben aktivierend wirkendes Gas oder Gasgemisch
geleitet wird, während in der Nachglühzone eine erhöhte Temperatur unter Absaugung
der gebildeten abgespalteten flüchtigen Produkte aufrechterhalten wird; das Absaugen
erfolgt an einer Stelle oberhalb der Nachglühzone, wodurch das Auftreten endothermischer
Reaktionen in dieser Zone vermieden wird. Man kann jedoch das Verfahren im letzteren
Falle auch derart leiten, daß man bei Einleitung von wirksamem Gas oder Gasgemisch
im oberen Teil der Aktivierungszone dasselbe von oben nach unten die ganze Retortenhöhe
durchstreichen läßt, wobei man jedoch dafür sorgt, daß im unteren Teil der Retorte,
der die höchste Temperatur besitzt und zum Nachglühen dient, praktisch keine endothermischen
Reaktionen stattfinden. Dies erreicht man durch Ableiten des Gases unterhalb der
Aktivierungszone oder bei geeigneter Länge der Reaktionszone in Verbindung mit der
Menge des zugesetzten aktiven Gases dadurch, daß die Bildung endothermischer Reaktionen
beendet ist, bevor das Gas in die Nachglühzone eintritt.
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Bei dem neuen Verfahren hat man es vollkommen in der Hand, die Vorgänge
in den verschiedenen Zonen in fortgesetztem Betriebe in einer mit Rücksicht auf
den Ausgangsstoff und die Güte des Endproduktes möglichst günstigen Weise verlaufen
zu lassen.
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Man kann in jedem Zustand, in dem sich der zu behandelnde Stoff befindet,
die Menge, Dauer und Temperatur sowie die Einwirkung des Gases auf den Stoff und
die Ab- und Zufuhr von Gasen, die Geschwindigkeit der Abfuhr der Destillationsprodukte
und die Erhitzung bzw. Reaktionstemperatur nach Belieben regeln. Dies ist für die
Erzeugung einer hochwertigen aktiven Kohle von wesentlicher Bedeutung.
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Die Rohmaterialien können gewünschtenfalls vorher mit Stoffen, welche
die Gasaktivierung beschleunigen, vermischt oder durchtränkt werden, wie z. B. mit
Lösungen von Calcium-, Magnesium- und Zinkchlorid usw. oder den Laugen von Kalk,
Soda, caustischer Soda, Caliumhydroxid, Caliumcarbonat, Stärke usw., so daß man
also bei dem Verfahren gegebenenfalls von einem in gewissem Umfange feuchten Material
ausgehen kann.
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Auf der Zeichnung ist eine zur Durchführung eines dreiphasigen Verfahrens
geeignete Retorteneinheit, beispielsweise im senkrechten Schnitt, dargestellt.
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i bezeichnet die Retorte bzw. das eine Apparateeinheit bildende Retortensystem,
%velches senkrecht gedacht ist. z ist der oberste Teil der Retorte i, der mit dem
Ausgangsmaterial, z. B. Holz, Torf, Holzkohle oder Torfkohle usw., beschickt sein
kann. 3 bezeichnet die Glühzone und 4 die Nachglühzone. Die Zonen a, 3 und 4 sind
bei diesem Ausführungsbeispiel mit Schieber 5, 5 versehen, wodurch es ermöglicht
wird, die Zonen voneinander zu trennen.
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Das Verfahren gestaltet sich bei der dargestellten Anordnung wie folgt:
Nach dem bei 6 erfolgten Beschicken des Retortenabschnittes a und nachdem erst die
Retorte i auf irgendeine Weise angeheizt wurde, werden zunächst die entwickelten
Destillationsprodukte bei 7 abgeführt; an geeigneter Stelle werden durch die Rohrleitung
8 in das Innere der Retorte i Gase eingeleitet.
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Die Entfernung der Retortengase aus dem Retorteninnern kann auch durch
Eigen-
Spannung oder durch forcierten Zug oder durch künstliche
Absaugung oder sonstwie auf mechanischem Wege, z. B. durch Durchpressen von inerten
oder anderen Gasen, erfolgen.
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Hat die Abscheidung der Destillationsprodukte und eine Verkohlung
des Ausgangsmaterials in hinreichendem Maße stattgefunden, dann gelangt die verkohlte
Masse in die Glühzone 3, wo sie hohen Temperaturen, etwa 8oo bis iooo° C, je nach
der Art des verwendeten Gases, ausgesetzt wird. In der Zone .I kann die bereits
aktivierte Kohle gewünschtenfalls dann noch einem Nachglühen unterworfen werden.
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Die entwickelten Retortengase werden bei 9 abgeführt und z. B. nach
den Heiz- oder Verbrennungsräumen i i eingeleitet, welche die Retorte i oder die
Retortenabschnitte 2, 3, 4 umgeben.
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Die Anordnung von Abschlußorganen erübrigt sich in vielen Fällen.
Der Übergang des Materials von der einen Zone nach der anderen erfolgt sodann selbsttätig
und fortgesetzt oder zeitweise. ;Man kann in diesem Falle eine einzige senkrechte
Retorte benutzen, an der die Gaszu- und -ableitungen in geeigneter Weise angeordnet
sind. So kann man z. B. das aktivierende Gas oder Gasgemisch am unteren Ende der
Aktivierungszone einleiten und am oberen Teil der Trockendestillationszone ableiten,
oder sowohl an dem Unterende der Aktivierungszone als auch an dem Unterende der
Destillationszone Gas einleiten und die Gesamtmenge der Reaktionsgase oder inaktiver
Gase zusammen mit den gebildeten Destillationsprodukten an der Oberseite ableiten.