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Erzeugung aktiver Kohle. Die Erfindung betrifft die Erzeugung aktiver
Kohle aus kohlenstoffhaltigen, nicht oder nur teilweise vordestillierten Stoffen,
wie z. B. Holz, Sägemehl, Torf, Holzkohle, Torfkoks, Braunkohle, Steinkohle usw.,
unter Verwendung von Hitze und aktivierenden Gasen, wobei als »Gas« ebenfalls Wasserdampf
oder andere Dämpfe oder Gemische von Gasen, Dämpfen oder Gasen und Dämpfen zu verstehen
sind.
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Im Sinne der Erfindung bedeutet die Bezeichnung »aktive hohle« poröse,
künstlich aktivierte Kohle, die (in größeres Adsorptionsvermögen als gewöhnli--he
Knochen- oder Holzkohle besitzt, hauptsächlich gegenüber in Flüssigkeiten gelösten
oder kolloidalen Farb- und anderen Stoffen als auch gegenüber Gasen.
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Die Herstellung von aktiver Kohle aus kohlenstoffhaltigen Stoffen
muß, im Gegensatz zu der Herstellung von Wassergas oder der kombinierten Herstellung
von Wassergas und Leuchtgas mit Koks, wobei ebenfalls Wasserdampf und andere Gase
durch glühendes kohlenstoffhaltiges Material geleitet werden, darauf gerichtet sein,
eine Höchstausbeute an möglichst aktiver Kohle zu liefern. Das Rohmaterial wird
nicht nur der Verkohlung, sondern auch einer weiteren Behandlung, dem Aktivierungsvorgang,
ausgesetzt, wobei die kombinierte Einwirkung der Hitze und Gase dem verkohlten Erzeugnis
einen hohen Grad von Reinheit, Porosität und Adsorptionsvermögen verleiht, unter
Zersetzung eines beträchtlichen Teiles des Materials. Infolgedessen ist die Ausbeute
an aktiver Kohle verhältnismäßig gering und beträgt beispielsweise bei Verwendung
von Torf ungefähr io bis 1g Prozent des Ausgangsmaterials (auf die Trockensubstanz
berechnet).
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Es ist ein kontinuierliches Verfahren zur Erzeugung von aktiver Kohle
geschützt, bei dem das kohlenstoffhaltige Material in einer einzigen oder mehreren
untereinander angeordneten oder miteinander verbundenen, schrägen oder senkrechten
Retorten zwei oder drei Zonen von steigender Temperatur durchläuft, wobei immer
mindestens zwei der zur Erzeugung der aktiven Kohle anzuwendenden Phasen gleichzeitig
in der Retorteneinheit stattfinden, während die Beschickung zeitweise oder beständig
-abgezogen wird.
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Nach einer besonderen Ausführungsform des Verfahrens wird bei Verwendung
von kohlenstoffhaltigen Ausgangsstoffen, die bei Erhitzung noch Destillationcprodukte
abgeben, von außen eingeleitetes Gas oder Gasgemisch auf die in dem unteren Teil
der Aktivierungszone sich befindende glühende Kohle zur Einwirkung gebracht, und
die in der Retorte entwickelten Reaktionsgase werden an einer höher gelegenen Stelle
abgeleitet, die sich zweckmäßig innerhalb oder oberhalb der Destillationsphase befindet.
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Zur Erzeugung der im Retorteninnern benötigten Wärme werden gemäß
dem geschützten Verfahren die Retorte oder die gesonderten Retortenzonen von außen
erhitzt;
zu diesem Zwecke sind sie zweckmäßig von Verbrennungskammern
umgeben, in denen vorzugsweise .die aus der. Retorte abgeleiteten Gase nach Vermischung
mit Luft verbrannt werden können. Die Außenbeheizung zeigt aber den Übelstand einer
ungleichmäßigen Wärmeübertragung auf das behandelte Material, das infolgedessen
in der Nähe der Retortenwandungen zu hoch erhitzt, aber nicht bis zum Kern einer
ausreichenden Temperatur ausgesetzt wird.
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Vorliegende Erfindung betrifft die Durchführung des Aktivierungsverfahrens
-in einer stehenden, senkrechten oder schrägen Retorte, in der das zu behandelnde
Material in ununterbrochener oder stufenweiser Bewegung in der ersten Phase einer
Trockendestillation oder einer fortgesetzten Destillation und in der zweiten Phase
dem Aktivierungsvorgang ausgesetzt wird, wobei die wirksamen Gase am unteren Ende
der Aktivierungszone zugeleitet und die entwickelten Reaktionsgase am oberen Ende
der Destillationszone abgeleitet werden. Es wird aber die im Verfahren benötigte
Wärme gänzlich oder teilweise durch Hervorrufung _ exothermischer Reaktionen im
Innern der Retorte erzeugt. Man verfährt dabei derart, daß an einer oder mehreren
geeigneten Stellen im unteren Teil der Retorte oder am unteren Ende der Destillationszone
ein brennbares Gasgemisch eingeleitet wird, das entweder in der Retorte angezündet
oder im brennenden Zustande in die Retorte eingeführt wird. Auch kann man durch
eingeleitete Luft oder Sauerstoff einen gewissen Teil des Guts unter Wärmeentwicklung
verbrennen.
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Eine eigentliche Nachglühzone wie bei dem geschützten Verfahren ist
hier nicht vorhanden. Es wurde gefunden, daß auch ohne Nachglühen ein hochwertiges
Erzeugnis erzielt werden kann, vorausgesetzt, daß das verkohlte Material beim Übergang
von der Destillationszone in die Aktivierungszone eine solche Porosität besitzt,
daß die aktivierenden Gase und die angewendete Hitze gleichmäßig bis zum Kern jedes
Stückes der Beschickung durchdringen können, dadurch, daß die Poren der Kohle von
der Hauptmasse der Kohlenwasserstoffe und anderen flüchtigen und Destillationsprodukten
befreit worden sind.
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Durch die allmähliche Erhitzung des Ausgangsmaterials in der Destillationsphase
bis zu einer Höchsttemperatur von beispielsweise zooo bis zaoo° C werden der gebundene
Sauerstoff, Wasserstoff, Stickstoff und andere vorhandene Elemente in Form von gasförmigen
Produkten möglichst vollständig entfernt. Die in der verkohlten Masse übrigbleibenden
Nichtkohlenstoffverbindungen sind im allgemeinen um so geringer, je höher die Arbeitstemperatur
gewählt wurde. Diese Temperatur darf jedoch nicht zu hoch sein, da oberhalb 130o°
C ein Rückgang eintreten kann. Die Abspaltung wird durch die Durchspülung der aus
der Aktivierungszone herrührenden Gase erleichtert, wobei ein geringer Verlust an
Kohlenstoff stattfindet.
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Es ist nicht erforderlich, die Gase durch die ganze Länge der Destillationszone
zu führen, und zwar empfiehlt es sich in manchen Fällen, die Gase an einer Stelle
unterhalb des Einfüllendes der Retorte und in einiger Entfernung dieses Endes abzuführen,
mit Rücksicht darauf, daß die meisten in Betracht kommenden Rohmaterialien in der
Nähe des Einfüllendes der Retorte große Mengen flüssiger Destillationsprodukte,
wie Teer, abgeben, die durch Verstopfung der Ableitungen die freie Gasdurchströmung
verhindern können.
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Zur Unterstützung der Gaseinwirkung können gegebenenfalls der Beschickung
feste oder flüssige Stoffe beigemischt werden, die bei Erhitzung aktivierende Gase
abspalten, wie z. B. Calciumcarbonat, Magnesiumcarbonat, Calciumhydroxyd oder sonstige
Carbonate, Oxyde, Hydroxyde, Chloride oder Gemische. Bei Verwendung, z. B. von Calciumcarbonat
wird bei goo bis zooo ° C Kohlendioxyd abgespalten, das sodann auf die Kohle zu
reagieren anfängt.
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Ferner wurde gefunden, daß bei Ableitung der Gase aus der Aktivierungszone
unmittelbar durch die Destillationszone der Aktivierungsvorgang bei einer Temperatur
unterhalb der in der Destillationsphase verwendeten Höchsttemperatur stattfinden
kann. In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, die aktivierenden Gase bei allmählich
steigender Temperatur auf die Kohlenmasse einwirken zu lassen, um zu verhindern,
daß zuviel Kohlenstoff angegriffen wird und somit die Ausbeute an aktiver Kohle
herabgesetzt wird.
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In der Nähe des Austragsendes der Retorte wird die Beschickung erheblich
dadurch abgekühlt, daß dieser Teil der Retorte nicht der Außenbeheizung ausgesetzt
wird, oder daß kälteres Gas eingeleitet wird, oder durch beides. Dies hat den Vorteil,
daß durch die Kühlung des Guts seine Entleerung erleichtert wird, weil die Abschlußorgane
sich bei niedriger Temperatur nicht festsetzen. Auch verringert sich die Oxydationsgefahr.
Eine zweckmäßige Abkühlung des Materials am Ausgangsende der Retorte kann ebenfalls
durch die endothermischen Reaktionen der eingeleiteten Gase erfolgen.
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Beispiele von für Aktivierungszwecke verwendbaren Gase sind: Wasserdampf
(überhitzt oder nicht), Kohlendioxyd, Kohlenmonoxyd, Wasserstoff, Ammoniak, Chlor,
flüchtige Chloride, Wassergas, Generatorgas, Schornsteingase, Luft usw. allein oder
in Mischung. Die Aktivierungsgase können entweder endothermische oder exothermische
Reaktionen herbeiführen. Die zur
Innenheizung der Retorte verwendbaren
brennbaren Gase können entweder in brennendem Zustande eingeführt oder mit Luft
vermischt innerhalb der Retorte verbrannt werden.
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Durch Abänderung der Art, Temperatur und Menge der eingeleiteten Gase
hat man es in der Hand, die Wärmewirtschaft in den Retorten, gegebenenfalls unter
Mitwirkung der Außenbeheizung, nach Belieben zu regeln.
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Durch Beobachtungen wurde gefunden, daß bei Innehaltung geeigneter
Temperaturen die Aktivierungsgase hauptsächlich auf die Nichtkohlenstoffbestandteile,
wie Wasserstoff und Stickstoff, einwirken, während sie den Kohlenstoff nur wenig
angreifen. Bei Verwendung von Wasserdampf liegen diese Temperaturen zwischen 7oo
bis goo ° C, während oberhalb ungefähr goo° C der Kohlenstoff viel stärker vom Wasserdampf
angegriffen wird, so daß die Ausbeute an aktiver Kohle beeinträchtigt wird. Bei
Verwendung von Kohlendioxyd arbeitet man zweckmäßig bei Temperaturen zwischen goo
bis i2oo° C. Bei Verwendung von Luft liegen die Temperaturen, bei denen der Aktivierungsvorgang
ohne beträchtlichen Kohlenstoffverbrauch stattfinden kann, zwischen 40o bis 6oo°C,
aber diese niedrigen Temperaturen ergeben keine befriedigende Aktivierung.
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Beim Einleiten von überhitztem Wasserdampf am Entleerungsende der
Retorte bei Temperaturen von z. B. ungefähr 5oo bis 700° C bildet sich Kohlendioxyd
infolge der Einwirkung des Wasserdampfes auf das glühende kohlenstoffhaltige Gut,
und dieses Kohlendioxyd läßt man sodann auf das folgende, zweckmäßig bis zu iooo
bis i3oo° C erhitzte kohlenstoffhaltige Material einwirken, wobei das Material einer
wiederholten Aktivierung ausgesetzt wird. Wird Luft bei niedriger Temperatur am
Ende der Retorte und überhitzter Wasserdampf bei höherer Temperatur an einer weiteren
Stelle eingeleitet, so wird eine dreifache Aktivierung erzielt.
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Wendet man Außenbeheizung an, so können die aus der Destillationszone
abgeführten Gase zwecks Heizung der Retorte nach Vermischung mit vorzugsweise vorerhitzter
Luft in die Retorte umgebende Verbrennungskammern eingeleitet und verbrannt werden.
Diese Verbrennungskammern sind über den größten Teil der Länge der Retorte angeordnet,
mit Ausnahme der Einfüll- und Entleerungsenden derselben, in deren Nähe die Temperatur
der Beschickung herabgesetzt werden soll. Die Temperaturen in den verschiedenen
Zonen und die sonstigen Arbeitsbedingungen sind je nach der Art und Beschaffenheit
des Ausgangsmaterials, nach der Art der aktiven Gase oder der zugesetzten Chemikalien
usw. zu wählen, so daß eine allgemeine Vorschrift nicht gegeben werden kann.
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Das Verfahren weist insbesondere dann sehr bedeutende Vorteile auf,
wenn Stoffe verwendet werden, die große Mengen Trockendestillationsprodukte liefern.