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Verfahren zur Umwandlung von kohlenstoffhaltigen Stoffen in Vollkohle.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Umwandlung von kohlenstoffhaltigen
Stoffen in dichte Vollkohle auf dem Wege der Erhitzung der in geeigneter Weise vorgetrockneten
Stoffe unter gasdichtem Abschluß des Erhitzungsraumes. Ein solches Verfahren zur
Herstellung eines steinkohleähnlichen Brennmaterials aus Torf ist bekannt; auch
bei diesem bekannten Verfahren wird bezweckt, die bei der Umwandlung entwickelten
flüchtigen Kohlenwasserstoffe dem Endprodukt einzuverleiben. Es ist aber nicht erkannt
worden, daß für die restlose und innige Einverleibung der bei der Erhitzung entstehenden
flüchtigen Stoffe Bedingung ist, das Entstehen schädlicher Leerräume innerhalb des
Erhitzungsraumes zu vermeiden. Das Verfahren nach vorliegender Erfindung trägt dieser
Erkenntnis dadurch Rechnung, daß die Erhitzungskammer, in welcher die Umwandlung
in Kohle stattfindet, mit den zweckentsprechend vorbehandelten Stoffen vollkommen,
also unter Vermeidung von Leerräumen zwischen Kammerwandung und Inhalt und innerhalb
des Inhalts ausgefüllt wird. Bei diesem Verfahren nach der Erfindung werden die
bei der Erhitzung entstehenden Destillationsprodukte mit Sicherheit gezwungen, innerhalb
der Stoffmasse zu verbleiben und sie gleichmäßig und innig zu durchdringen. Bei
der Anwendung des Verfahrens auf die Umwandlung von Stoffen pflanzlichen Ursprungs
(Holz, Torf, holzige Braunkohle, Blätter, Moos u. dgl.) in Vollkohle genügt die
volle Ausfüllung der Erhitzungskammer bei Beginn der Operation allein nicht zur
Vermeidung schädlicher freier Räume, da bei dem teilweise schwammigen Charakter
der Grundstoffe solche freien Räume während des Umwandlungsverfahrens noch nachträglich
durch Zerstörung oder Zerfall der Struktur entstehen können. '?ach der Erfindung
wird diese Art schädlicher Räume dadurch vermieden, daß die eben genannten Stoffe
während der Umwandlung in dem Erhitzungsraume einer äußeren Pressung unterworfen
werden. welche sie dauernd während der Umwand-
Jung verdichtet,
d. h. die schädlichen freien Räume wieder vernichtet. Für den Erfolg des Umwandlungsv
erfahrens ist neben den Vorgängen bei der Umwandlung selbst auch der Zustand der
Stoffe bei Beginn der Umwandlung von Bedeutung. Es ist zwar an sich bekannt, daß
die Stoffe pflanzlichen Ursprunges vor der @erkohlung einer Vortrocknung unterzogen
werden müssen. Die bisher angewandte Trocknung allein aber, welche nur das Wasser
aus den Stoffen ganz oder teilweise entfernt, genügt zur Hervorbringung einwandfreier
Grundstoffe für die Umwandlung nicht. Nach der Erfindung werden vielmehr die pflanzlichen
Stoffe vor der Einführung in den Erhitzungsraum einer so starken Vorwärmung unterzogen,,
daß nicht nur das Wasser, sondern auch vorhandene Sauerstoffverbindungen entfernt
werden, was am zweckmäßigsten durch eine Vorwärmung in zwei hintereinandergeschalteten
Abteilungen bewirkt wird, von denen die erstere auf einer Temperatur von etwa i5o°
gehalten wird, während die zweite stärker, bis auf 25o°, erwärmt wird.
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Eine besondere Ausführungsart des Verfahrens nach der Erfindung besteht
darin, daß die Grundstoffe unter mäßigem Druck zu einheitlichen Vorpreßlingen geformt
werden und diese Vorpreßlinge in einer Erhitzungskammer weiterbehandelt werden,
die die Form eines Rohres hat, dessen Innenquerschnitt dem Außenquerschnitt der
Vorpreßlinge entspricht, so daß diese Vorpreßlinge das Erhitzungs- bzw. Umwandlungsrohr
ohne schädlichen Leerraum satt ausfüllen und dieses Rohr ohne Änderung dieser satten
Füllung kontinuierlich durchlaufen können. Die Vorpreßlinge werden zweckmäßig durch
je eine in das Rohr mit den Vörpreßlingen eingebrachte und in dem Rohr geführte
Metallplatte getrennt, wobei einerseits eine bessere Abdichtung und Wärmeverteilung,
anderseits durch den Vorschubdruck eine selbsttätige Verdichtung der vorwärts gedrückten
Stoffe hervorgerufen wird. An sich ist ein Verkohlungsverfahren bekannt, bei welchem
das Rohmaterial durch Rohre durchgepreßt wird, aber einerseits nur für eine Verkohlungsmethode
anderer Art, bei der die entstehenden Gase abgeleitet werden, also nicht mit gasdicht
abgeschlossenem Rohr, anderseits nicht für vorher in dieForm von Vorpreßlingen gebrachte
Grundstoffe zur Umwandlung in Brikette.
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Das Verfahren nach vorliegender Erfindung ist auch zur Umwandlung
von ganz mineralisierten, aber an flüchtigen Kchlenwasserstoffen armen Materialien,
wie gewisse Sorten von Kohlenstaub, Braunkohlenstaub o. dgl., in Vollkohlebrikette
anwendbar, wenn diesen Stoffen vor Beginn der weiteren Behandlung ein Zusatz von
Materialien gegebe:3 wird, die an flüchtigen Kohlenwasserstoffen reich sind, beispielsweise
nicht oder wenig mineralisierte pflanzliche Stoffe. Das beste Mischungsverhältnis
zwischen ganz mineralisierten und pflanzlichen Stoffen ist ein Verhältnis der Gewichte
von etwa 5 : i.
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Auf der Zeichnung ist der Hauptteil einer Einrichtung im Grundriß
dargestellt, die sich zur Ausführung des Verfahrens nach der Erfindung beispielsweise
eignet, und zwar hauptsächlich für die Anwendung des Verfahrens auf die Umwandlung
von pflanzlichen Stoffen in Vollkohlebrikette.
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Bevor die Stoffe der Behandlung in der dargestellten Einrichtung unterzogen
werden, müssen sie je nach ihrer Natur in geeigneter Weise vorbereitet werden. Bei
allen Stoffen ist eine vorbereitende weitgehende Zerteilung der Materialien notwendig,
um eine möglichst homogene Masse hervorzubringen. Nach der Zerkleinerung werden
die Stoffe, beispielsweise mittels eines auf der Zeichnung angedeuteten Ventilators
j, in einen nicht dargestellten Trockenapparat eingebracht, der zweckmäßig zwei
oder mehr voneinander getrennte Abteilungen hat, die miteinander in Verbindung stehen.
Die Abteilungen werden durch eine Hilfsfeuerung d in verschiedener Stärke beheizt.
Die erste Abteilung wird auf einer Temperatur von nicht mehr als 15o° C gehalten,
so daß hier lediglich Trocknung, also Wasserverdampfung, stattfindet. Nach vollständiger
Trocknung gelangen die Stoffe in die zweite Abteilung, wo sie einer Temperatur von
etwa z5o° unterworfen werden; unter dem Einfluß dieser Temperatur beginnt eine Zersetzung,
derart, daß Sauerstoffverbindungen, Kohlensäure, Essigsäure, Holzessig und entsprechende
Verbindungen, entweichen, nicht jedoch die harzigen und teerigen Bestandteile, die
unzersetzt in den Stoffen erhalten bleiben. Die hier entwickelten Gase oder Dämpfe
werden durch ,eine Rohrleitung g abgeleitet, die mittels Ventilators 1z und Mantels
i durch einen kalten Luftstrom gekühlt wird. Die kondensierbaren Nebenprodukte dieser
ersten Zersetzung können in geeigneter Weise nach Reinigung und Filtrierung beliebig
verwertet werden. Die nicht kondensierbaren Gase werden in den Feuerungen der Einrichtung
zur Wärmeerzeugung ausgenutzt. Die Absonderung der Sauerstoffverbindungen erhöht
einerseits durch Ausnutzung der in den Nebenprodukten enthaltenen Wärme- oder sonstigen
Werte die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens; anderseits erhalten die Stoffe durch
die Entfernung dieser Bestandteile die Eigenschaft, besser uri-(i
inniger
zusammenzuhalten. Es ist auch wesentlich, daß die Nebenprodukte bei ihrer Entstehung
eine exothermische Reaktion entwickeln, so daß keine oder geringe äußere Wärmezufuhr
zur Fortsetzung des Verfahrens erforderlich ist.
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Nach Verlassen der zweiten Abteilung des Tröckenapparates gelangen
die köhlehaltigen Stoffe mit den in ihnen noch unverändert enthaltenen harzigen
und teerigen Bestandteilen, ohne abgekühlt zu werden, in eine zur Kompression dienende
Vorrichtung, bestehend beispielsweise in einer Brikettieru -gspresse a. die '-örpreßlinge
bestimmter Form und Dimensionierung erzeugt. Die aus dieser Presse heraustretenden
Vorpreßlinge zeigen zwar einen gewissen für die Weiterbehandlung ausreichenden Zusammenhalt,
müssen aber nunmehr erst der eigentlichen Verkohlung unterzogen werden, um zu widerstandsfähigen
und heiztechnisch vollwertigen Briketten zuwerden.-DieVerkohlung schließt sich unmittelbar
der Zersetzung in der zweiten Abteilung des Trockenapparates unter Zwischenschaltung
der erwähnten Presse an. Die Verkohlung erfolgt bei dein dargestellten Ausführungsbeispiel
in einer Metallröhre, die sich aus zwei ineinander übergehenden Abschnitten b und
b' zusammensetzt. Der Innenquerschnitt dieser Verkohlungsröhre b entspricht der
äußeren Form der von der Presse a erzeugten Vorpreßlinge. Diese Vorpreßlinge werden
mittels einer kleinen Hilfspresse e intermittierend von dem in der Zeichnung linken
Ende der Röhre her in diese eingedrückt und füllen bei ihrem Durchgang durch die
Röhre diese vollständig ohne schädliche Leerräume aus. Der Abschnitt b der Röhre
ist allerseits von einer Kammer c umgeben, in welcher heiße, aus der Feuerung d
kommende Gase umlaufen und in der Röhre eine durch ein Thermometer geregelte Temperatur
von etwa 3o0° C aufrechterhalten. Der zweite Abschnitt b' der Röhre ist der Luft
frei ausgesetzt. Die Röhre b ist vollständig gasdicht abgeschlossen. Zweckmäßig
wird die Länge der Röhre unter Berücksichtigung der Durchtrittsgeschwindigkeit der
Vorpreßlinge so bemessen, daß die Vorpreßlinge beim Durchgang von einem Ende der
Röhre bis zum andern Ende die erforderliche Zeit zur vollständigen Umwandlung in
Vollköhlebrikette finden. Durch den Druck der die Vorpreßlinge nachschiebenden Presse
e wird bewirkt, daß die Vorpreßlinge dauernd reim Durchgang einer Verdichtung unterworfen
werden, also durch den Zerfall der Struktur entstehende innere Leerräume selbsttätig
wieder verschwinden. Zwischen j e zwei Vorpreßlingen wird zweckmäßig eine Metallplatte
eingeschaltet, die in der Röhre b ebenfalls wie die Vorpreßlinge geführt wird. Diese
Mtta.llplatten werden so ausgebildet, daß sie zwar die Vorpreßlinge daran verhindern,
sich zu deformieren und unter Wirkung des Prel3-druckes sich miteinander zu vereinigen,
aber doch ein Durchtreten und Verteilen der Wärme zulassen. Beim Durchlaufen der
Röhre werden in den Vorpreßlingen die dichteren Kohlenstoffverbindungen entwickelt;
wobei diese mangels vorhandener Leerräume aus den Kohlebestandteilen der Stoffe
nirgends heraustreten können. Es findet eine molekulare Durchdringung und Durcharbeitung
der Masse statt, die dabei vorübergehend einen teigigen Zustand annimmt. Die Vorpreßlinge
wandeln sich in der Röhre in vollwertige Vollkohlebrikette um und verlassen die
Röhre b' als feste, kristallisierte Kohle mit allen Eigenschaften anthracitartiger
Steinkohle. An einer Stelle t am Beginn des Kühlabschnittes b' wird zweckmäßig ein
Auslaß zum Entweichen von nicht kondensierbaren Gasen und leichten Bestandteilen
vorgesehen, die zur 1Iischung mit den ändern flüchtigen Sauerstoffverbindungen geführt
werden, die bei der Vortrocknung abgesondert wurden.
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Bei manchen Grundstoffen kann die Heizkraft der Endprodukte noch dadurch
erheblich vergrößert werden, daß man den Stoffen während der ersten Zersetzung im
Trockenapparat Rückstände schwerer (51e oder an Kohlenwasserstoff sehr reicher Petroleumrückstände
beifügt, Stoffe, die sonst nicht ausnutzbar und darum sehr billig sind.
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Bei Anwendung des Verfahrens aus Torf muß auf zweckmäßige Vorbereitung
und Reinigung des Torfes gesehen werden, insbesondere Entfernung der erdigen Bestandteile
und Zuführung des Wassergehaltes auf 23 bis 30 Prozent.
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Das vorliegende Verfahren ermöglicht neben seiner Anwendbarkeit auf
alle kohlehaltigen Grundstoffe die Verwertung sonst schwer in Vollkohlebrikette
umwandelbarer Grundstoffe, insbesondere kann SteinkohlengruE und überhaupt mineralischer,
an flüchtigen Kohlenwasserstoffen armer Kohle- oder Braunkohlenstaub dadurch zu
einem wertvollen Grundstoff für das vorliegende Verfahren werden, daß er einen Zusatz
von nicht oder wenig mineralisierten pflanzlichen Stoffen erhält, die -an flüchtigen
Kohlenwasserstoffen reich sind, beispielsweise Pflanzen, Blätter, Moose, Schwämme
und junge Torfe. Hierbei hat sich als vorteilhaftes Mischungsverhältnis ein Verhältnis
der Gewichte von 5 : i zwischen mineralisierten und pflanzlichen Stoffen ergeben.
Die pflanzlichen Stoffe werden vor der Verwendung als Zusatzstoffe zweckmäßig zuerst
einer beginnenden Zersetzung durch Gärung unterzogen
und dann durch
Zerreibung in pulvrigen Zustand gebracht. Der Kohlengrus wird zweckmäßig vor der
Mischung durch Waschung von den erdigen Beimischungen befreit, dann wieder getrocknet
und, soweit erforderlich, fein und gleichmäßig zerrieben. Die Weiterbehandlung des
Gemisches ist dieselbe, wie oben mit Bezug auf andere Grundstoffe beschrieben. Bei
der Umwandlung in der gasdicht abgeschlossenen Erhitzungskammer wandelnsichdie pflanzlichen
Stoffezum großen Teil in bituminöse Kohlenwasserstoffe um, durchdringen innig die
Kohlenbestandteile und bringen die ganze Masse in einen einheitlichen Kohlezustand.
So hergestellte Kohle ist fester und widerstandsfähiger als durch Teer agglomerierte
Kohle und hat den Vorteil, auf dem Rost nicht auseinanderzufallen und keine Dünste
zu entwickeln, wie sie von Teer entstehen. Auch zersägter und durch Hitze zersetzter
Holzstoff kann zur Agglomerierung von Steinkohlenstaub diene. Braunkohle wird zweckmäßig
vor der Vermischung mit pflanzlichen Stoffen in geeigneter Weise von den fremden
Stoffen, insbesondere Schwefelkiesen, befreit; aus durch Mischung mit den pflanzlichen
Stoffen veredelter Braunkohle werden Vollkohlebrikette, die ohne Rauchentwicklung
brennen und keine Schlacken erzeugen.