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Herstellung aktiver Kohle Gegenstand der Erfindung ist die Herstellung
einer billigen Adsorptionskohle unter gleichzeitiger Gewinnung eines wasserstoffhaltigen,
insbesondere für Heizzwecke verwendbaren Gases.
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Für gewisse Zwecke besteht in der Technik das Bedürfnis nach Aktivkohlen,
bei denen es weniger auf einen besonders hohen Aktivierungsgrad als auf billigen
Preis ankommt, Zwecke, für welche sich die Verwendung hochwertiger Aktivkohlen wegen
ihres verhältnismäßig hohen Preises im allgemeinen nicht lohnt. Außer den Fällen,
wo schon die Höhe des Preises an sich der Anwendung entgegensteht, kommen hier auch
in Betracht die Fälle, wo das Material im Betriebe einer besonders hohen Abnutzung
ausgesetzt ist oder wo, wie bei der Entfernung teeriger Bestandteile aus Abwässern
u. dgl., die von dem Adsorptionsmittel aufgenommenen Bestandteile nur unter derartigen
Schwierigkeiten vom Adsorptionsmittel wieder zu entfernen sind, daß der jedesmalige
völlige Ersatz der beladenen Kohle durch frische Kohle bei genügend billigem Preise
derselben der Regeneration vorzuziehen ist.
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Es wurde gefunden, daß sich die Herstellung einer für solche Zwecke
außerordentlich gut geeigneten, bei genügender Adsorptionsfähigkeit zu genügend
billigem Preis erhältlichen Kohle dadurch ermöglichen läßt, daß man auf kohlenstoffhaltige
Stoffe, wie sie in Farm von Grudekoks. Halbkoks. Braunkohlen o. dgl., vorzugsweise
mit starkem Aschegehalt, billig zur Verfügung stehen, Wasserdampf-Gas-Geinische
mit einem 6 Volumprozent des gasförmigen Gemisches nicht überschreitenden Gehalt
an freiem Sauerstoff bei Temperaturen von etwa q.oo bis i oo°, vorzugsweise solchen
von etwa 5oo bis 6oo", nur bis zu einem dem besonderen Verwendungszweck entsprechenden
beschränkten Grade einwirken läßt, wobei die Zuführung des aktivierenden Wasserdampf-Gas-Gemisches
mit verhältnismäßig niederen, 25o° nicht überschreitenden Temperaturen, z. B. solchen
von etwa. i2o bis 2oo°, erfolgt. Hierbei erhält man neben einer Adsorptionskohle
von für die in Rede stehenden Verwendungszwecke ausreichendem Aktivierungsgrad ein
freien Wasserstoff enthaltendes, für viele, insbesondere Heizzwecke, mit Vorteil
zu verwendendes Abgas, durch dessen Verwertung die Kosten für die erzeugte Aktivkohle
derart verringert werden, daß diese Kohle mit Vorteil auch für solche Zwecke Verwendung
finden kann, für die die Verwendung von nach bekannten Verfahren hergestellten Adsorptionskohlen
von höherem Adsorptionsvermögen wegen ihres zu hohen Preises nicht in Betracht kommt.
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Es ist schon vorgeschlagen worden, aus aschereichen kohlenstoffhaltigen
Stoffen der genannten Art Adsorptionsmittel dadurch herzustellen, daß man die Ausgangsstoffe
zielbewüßt einer besonders weitgehenden Oxydation durch Behandlung mit sauerstoffhaltigen
Gasen
mit einem Gehalt z. B. bis zu 15 Volumprozent Sauerstoff, gegebenenfalls
unter Verwendung vonWasserdampf alsVerdünnungsmittel, bei Temperaturen von etwa
Soo bis 8oo° mit der Maßgabe unterzieht, daß der Abbrand des Ausgangsmaterials mehr
als 4oo:o oder der Gehalt des Fertigprodukts an salzsäurelöslicher Asche mehr als
;oo:b beträgt. Von diesen Verfahren unterscheidet sich das vorliegende Verfahren
dadurch, daß nach diesem die Sauerstoff und Wasserdampf enthaltenden Aktivierungsgase
mit 25o', vorzugsweise etwa rzo bis 2oo', nicht überschreitenden Eigentemperaturen,
vorzugsweise unter Verzicht auf Zuführung weiterer äußerer Wärme, auf die zu aktivierenden
Stoffe zur Einwirkung gebracht werden, wobei die benötigten Aktivierungstemperaturen
mindestens zum überwiegenden Teil, abgesehen von der mit den Utivierungsgasen zugeführten
Wärmemenge, nur durch die Wärme des Verbrennungsvorganges erzeugt werden, vorzugsweise
mit der Maßgabe, daß der Abbrand des Ausgangsmaterials 2o bis ,looI'o des- Anfangsgewichtes
nicht übersteigt.
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Die Zuführung des benötigten Sauerstoffs kann z. B, in Form von Luft,
gegebenenfalls auch von reinem Sauerstoff oder von mit Sauerstoff angereicherter
Luft erfolgen. Außer Sauerstoff bzw. Luft und Wasserdampf können die zur Aktivierung
verwendeten gasförmigen Gemische, gegebenenfalls auch noch andere sich an dem Aktivierungsvorgang
beteiligende Gase, wie Kohlensäure, oder auch inerte Gase, z. B. Stickstoff, enthalten.
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Die Durchführung des Aktivierungsvorganges kann sowohl bei gewöhnlichem,
wie auch bei erhöhtem oder vermindertem Druck stattfinden. Im allgemeinen wird man
so arbeiten, daß die gewünschte Temperatur in der Aktivierungszone mindestens zum
größten Teile ohne Verwendung zusätzlicher Heizung nur unter Ausnutzung der bei
der Aktivierung frei werdenden Energie sowie des fühlbaren Wärmeinhaltes des zugeführten
Wasserdampf-Gas-Gemisches aufrechterhalten wird und daß von einer Außenbeheäzung
der Reaktionsräume höchstens insofern Gebrauch gemacht wird, als es etwa zwecks
Vermeidung einer Wärmeabgabe der Reaktionsräume nach außen oder zwecks Erhöhung
der Temperatur in bestimmten Zonen des Reaktionsraumes erwünscht erscheint.
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Die Behandlung der Ausgangsstoffe erfolgt zweckmäßig in ruhender Schicht
von entsprechenden Abmessungen, gegebenenfalls aber auch im bewegten Zustand. Es
sollen dabei die Bedingungen stets so gewählt werden, daß sich in der Masse des
behandelten Gutes der eigentliche Aktivierungsvorgang in einer räumlich mehr oder
weniger scharf- hegrenzten Zone abspielt, welche bei im Ruhezustand befindliciiem
Behandlungsgut, während des Verlaufes der Aktivierung, von der Eintrittsstelle der
Gase aus in der Strömungsrichtung der Aktivierungsgase fortschreitend, die ganze
Länge des behandelten Gutes bis zur Austrittsstelle der Gase durchläuft, während
umgekehrt auch so gearbeitet werden kann, daß das Gut im Gegensinn zur Strömungsrichtung
der Gase mit solcher Geschwindigkeit durch defi Reaktionsraum hindurchbewegt wird,
daß die Reaktionszone an einem Orte stehenbleibt, so daß auf diese Weise ein kontinuierlicher
Betrieb ermöglicht wird, wobei es nur nötig ist, fortlaufend frisches Gut am einen
Ende des Reaktionsraumes einzuführen und das fertig aktivierte Gut am anderen Ende
des Reaktionsraumes in entsprechender Menge abzuführen.
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Die Hindurchführung des Gutes durch den Reaktionsraum kann bei dieser
kontinuierlichen Arbeitsweise in geschlossener Masse, gegebenenfalls aber auch in
anderer Weise, z. B. in einem Drehrohr, erfolgen, sofern nur dafür Sorge getragen
wird, daß die Bewegung des Gutes eine solche ist, daß dadurch die Ausbildung einer
bestimmten Aktivierungszone nicht verhindert wird. Eine wesentliche Durchmischung
des Gutes in der Strömungsrichtung der Aktivierungsgase, die die Ausbildung einer
solchen räumlich begrenzten Aktivierungszone verhindern würde, ist auf alle Fälle
zu vermeiden.
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Die auf diese Weise erreichte Begrenzung des Aktivierungsvorganges
auf eine bestimmte Zone bietet den Vorteil, daß einerseits der Wärmeinhalt des bereits
fertig aktivierten Gutes _ unter gleichzeitiger Abkühlung des letzteren durch die
zuströmenden Gase von diesen aufgenommen und somit der Aktivier ungszone immer wieder
zugeführt wird, während andererseits die abziehenden heißen Gase ihren Wärmeinhalt
an das Gut abgeben, bevor dieses in die Aktivierungszone gelangt, wodurch auch der
Wärmeinhalt dieser Gase für den Aktivierungsvorgang nutzbar gemacht wird,- so daß
der ganze Prozeß. mit höchster Wärmeökonomie verläuft und die Zuführung der Aktivierungsgase
mit denkbar niedrigsten Eigentemperaturen erfolgen kann.
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Bei Durchführung des Verfahrens in der beschriebenen Weise wird es
im allgemeinen notwendig sein, zunächst in geeigneter Weise, z. B. durch Durchblasen
von sauerstoffhalUigen Gasen, vorzugsweise von Luft, das z. B. in einem geeigneten
Behälter befindliche z. B. über einem Rost gelagerte oder durch einen Reaktionsraum
hindurchgeführte Ausgangsmaterial an einer Stelle auf die gewünschte Aktivierungstemperatur
anzuwärmen (zu zünden), worauf alsdann nach Abstellung der
Luftzufuhr
die Zuführung der Aktivierungsgase erfolgt, die unter entsprechender Regelung der
Zuführungsgeschwindigkeit bei- diskontinuierlicher Arbeitsweise so lange fortgesetzt
wird, bis die Aktivierung durch die ganze :Masse hindurch bis zu dem gewünschten
Grade fortgeschritten ist bzw. bei kontinuierlicher Arbeitsweise und fortschreitender
Bewegung des Gutes dauernd so geregelt wird, daß in der stationär ausgebildeten
Aktivierungszone die gewünschte Temperatur dauernd erhalten bleibt.
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Durch geeignete Regelung der sonstigen Arbeitsbedingungen, z. B. der
Zusammensetzung des Wasserdampf-Gas-Gemisches. insbesondere der Mengen des darin
enthaltenen freien Sauerstoffs und )A'asserdampfs, sowie auch durch Regelung der
Geschwindigkeit des zugeführten Gasgemisches ist es möglich, sowohl die Temperatur
der Aktivierungszone wie auch die Zeitdauer des Aktivierungsvorganges, wie auch
den Grad des erzielten Abbrandes innerhalb der jeweils gewünschten Grenzen zu halten.
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Der Abbrand des Ausgangsmaterials wird unter im übrigen gleichen Arbeitsbedingungen
im allgemeinen um so geringer sein, je niedriger die Temperatur, je höher der Wasserdampfgehalt
und je geringer der Sauerstoffgehalt des zur Verwendung kommenden Aktivierungsgemischesist.
Die Aktivierungstemperatur hängt nicht nur von der Are der, Ausgangsstoffe sowie
von der Temperatur und der Geschwindigkeit bzw. Menge des zugeführten gasförmigen
Aktivierungsgemisches ab, sondern auch von dessen Zusammensetzung in dem Sinne,
daß sie mit der Menge des vorhandenen Sauerstoffs steigt und umgekehrt mit der Menge
des vorhandenen Wasserdampfs fällt.
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Da die Menge des beim Arbeiten in der beschriebenen Weise neben der
Aktivkohle noch erzeugten freien Wasserstoff enthaltenden Abgases im Verhältnis
zu der Stärke des Abbrandes der Kohle steht, so hat man es in der Hand, je nach
Einstellung der Arbeitsbedingungen durch Regelung der obernerwähnten Faktoren entweder
auf Erzielung verhältnismäßig erheblicher Mengen des verwertbaren Abgases unter
stärkerem Abbrand des behandelten Ausgangsmaterials oder aber auf eine größere Ausbeute
an Aktivkohle bei entsprechend geringerem Abbrand hinzuarbeiten. Indessen soll der
Abbrand 4o% des Trockengewichtes des Ausgangsmaterials im allgemeinen nicht übersteigen
und vorteilhaft nicht mehr wie 2o bis 3o0,'0 desselben betragen. Beispiele i. Durch
eine in einem Aktivierungsbehälter auf einem Rost befindliche Schicht Grudekoks
von etwa i m Höhe wurde zunächst i Stunde lang auf i5o" vorgewärmte Luft leindurchgeblasen.
Nach dieser Zeit trat bei einer Temperatur der Masse von ungefähr 13o" eine Zündung
des Grudekokses in der am Rost befindlichen Schicht ein. Hierauf erfolgte die eigentliche
Aktivierung durch Einleiten eines auf izo° vorgewärmten gasförmigen Gemisches aus
8o Volumprozent Wasserdampf und 2o Volumprozent Luft.
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Durch Regelung der zugeführten Menge des Mischgases wurde die Temperatur
in der Aktivierungszone auf etwa 5oo° gehalten. Nach Verlauf von q. Stunden war
die Aktivierungszone vom Rost aus durch die ganze Koksschicht gewandert, die Temperatur
der ganzen Kohlenmasse wieder auf die Anfangstemperatur zurückgegangen und der Aktivierungsprozeß
beendet. Der Abbrand, bezogen auf das behandelte Rohmaterial, betrug ungefähr i8o'o.
Pro Kilo erzeugter Aktivkohle wurden erhalten rund 1,5 cbin eines Abgases
mit einem Gehalt von ? i % Wasserstoff.
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In einem anderen Falle wurde die in dem Aktivierungsbehälter befindliche
Menge Grudeköks nach der wie im Beispiel i durchgeführten Zündung mit einem Gemisch
aus 950io Wasserdampf und 5qo reinem Sauerstoff behandelt. Die Aktivierungstemperatur
wurde auf 6oo° gehalten. Der Abbrand betrug q.oo`o des Ausgangsmaterials. Pro Kilo
erzeugter Aktivkohle wurden erhalten rund 6 cbm eines Abgases mit einem Gehalt von
3o0;ö Wasserstoff.
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In gegebenen Fällen kann das Verfahren zweckmäßig in der Weise ausgeführt
werden, daß man den Aktivierungsraum in nahe Verbindung mit dem Erzeugungsraum für
das Ausgangsmaterial für den Aktivierungsprozeß bringt, z. B. indem man bei der
Aktivierung von Schwelkoks den Aktivierungsvorgang gleich in einer z. B. unter dem
Schwelschacht angeordneten Vorrichtung, der der Schwelkoks unmittelbar von dem Schwelschacht
aus zugeführt wird, vor sich gehen läßt. Hierdurch erzielt man den wirtschaftlichen
wie auch technischen Vorteil der Ausnutzung der dem anfallenden Ausgangsmaterial
von der Erzeugung her innewohnenden Wärme für den Aktivierungsvorgang. Auch können
hierbei die Aktivierungsgase dem Schwelprozeß zugeführt oder ihm entnommen werden.
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Je nach dem Verwendungszweck der erhaltenen Aktivkohle kann diese
noch einem chemischen oder mechanischen oder einem chemischen und mechanischen Veredelungsprozeß
beliebiger Art unterworfen werden, wie z. B. Sichtungsoperationen oder Waschungen,
z. B. mittels Wasser oder Chemikalien, wie Säure, Soda usw., einer Nachaktivierung
u. dgl. m.
Durch Wahl geeigneter Körnung des Ausgangsmaterials,
z. B. durch Sieben desselben, vor der Aktivierung kann dafür Sorge getragen werden,
daß die fertige Aktivkohle ohne weiteres in der gewünschten Korngröße anfällt.
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Die Abgase des Aktivierungsprozesses enthalten außer Wasserstoff,
je nach der Führung des Prozesses, neben etwa vorhandenem überschüssigen Dampf noch
wechselnde Mengen von Kohlensäure, gegebenenfalls neben gewissen Mengen von anderen
Gasen. Diese Bestandteile können den Gasen, sofern dies für deren weitere Verwendung
nötig sein sollte, in an sich bekannter Weise durch Maßnahmen physikalischer oder
chemischer Art oder auf beiden Wegen entzogen werden.