-
Aktivierung kohlenstoffhaltigen Materials durch Gase Es ist in der
Praxis üblich, verschiedene kohleartige Stoffe mit Hilfe aktivierender Gase zu behandeln,
um die genannten Stoffe in aktive Kohle überzuführen.
-
Die zu diesem Zweck verwendeten kohlehaltigen Massen können Rohstoffe,
wie Holz,, oder Abfälle irgendwelcher pflanzlichen oder tierischen Stoffe sein,
z. B. Torf, Lignit, Anthracit usw. Diese Stoffe können zuvor einer mehr oder weniger
vollständigen Carbonisation unterworfen werden. Es können chemische Stoffe zugesetzt
sein, die die Aktivierung begünstigen. Auch können die Massen durch verschiedene
Mittel agglomeriert werden. Die aktivierenden Gase können aus Sauerstoff, Wasserdampf,
Kohlensäure, Chlor, Salzsäuregas allein oder in Mischung miteinander bestehen. Sie
können auch durch Rauchgase, Verbrennungsgase usw. verdünnt werden.
-
Bei allen gebräuchlichen Prozessen erreicht man die Aktivierung, indem
man die erwähnten aktivierenden Gase über die in zweckmäßiger Weise verteilte, in
Bruchstücken oder Agglomeraten vorhandene kohlenstoffhaltige Masse hinüberstreichen
läßt.
-
Diese Masse wird auf hohe Temperatur gebracht, wobei die zur Aktivierung
günstigste Temperatur unter anderem von der Art der aktivierenden Gase und ihrer
Anwendung abhängt. Um die Aktivierung mit Hilfe von Gasen . durchzuführen, sind
bereits zahlreiche Verfahren vorgeschlagen, die sich auf drei grundsätzliche Ausführungsarten
stützen, die im folgenden angegeben sind: i. Die kohlenstoffhaltige Masse wird in
Retorten eingeschlossen, die von außen. auf die für die Aktivierung günstigste Temperatur
erhitzt werden. Überdies werden in das Innere die aktivierenden Gase durch geeignete
Öffnungen eingeleitet. Die aktivierenden Gase, die in diesem Fall mit den außerhalb
der Retorten vorhandenen Erhitzungsgasen nicht gemischt sind, ermöglichen, falls
man Wasserdampf oder Kohlensäure anwendet, durch die Reaktion auf die kohlenstoffhaltige
Masse Retortengase mit aktivierenden Eigenschaften entstehen zu lassen, die brennbar
sind und gegebenenfalls für die Erhitzung verwendet werden können.
-
Der Nachteil eines solchen Verfahrens besteht in der Schwierigkeit,
die kohlenstoffhaltige Masse wirksam und gleichmäßig genau auf die zur Aktivierung
notwendige Temperatur zu erhitzen. In der Tat ist die kohlenstoffhaltige Masse in
ihrem gewöhnlichen Anwendungszustand im allgemeinen ein sehr schlechter Wärmeleiter.
Ferner sind die Retortenwände, die notwendigerweise zur Erzielung der Gasdichte
und einer genügenden Festigkeit dick sind, ein Hindernis für
die
schnelle Wärmeübertragung. Die Schwierigkeit der Erhitzung ist größer als die keaktion
der aktivierenden Gase, nämlich des Wasserdampfes und der Kohlensäure, auf- die
kohlenstoffhaltige Masse, die einen Analogiefall zu den bei der Herstellung von-Wassergas
auftretenden Reaktionen darstellt. Diese Reaktionen sind stark endotherm, und es-
ist daher unter diesen Umständen praktisch unmöglich, die gleiche Temperatur in
der Mitte wie an den Rändern der Retorten aufrechtzuerhalten.
-
Um den obengenannten Übelständen zu begegnen, hat man mitunter seine
Zuflucht zu direkten Heizverfahren genomxrien, die die zweite der obengenannten
Ausführungsformen darstellen und, wie folgt beschrieben werden können: z. Die kohlenstoffhaltige,
in Retorten eingeschlossene.Masse. wird von.innen erhitzt, und zwar durch verschiedene
Mittel, etwa durch elektrischen Strom oder noch gebräuchlicher durch Einleiten von
Heizgas, z. B. durch Einleiten von Verbrennungsgasen in das Innere der kohlenstoffhaltigen
Masse.
-
Die genannten-Heizgase können durch ihre Einwirkung die Aktivierung
der kohlenstoffhaltigen-Masse be"virken. 'Um ihre Wirkung zu beschleunigen, können
sie vorzugsweise mit aktivierenden Gasen, z. B. Wasserdampf, Kohlensäure -_u..dgl.,
gemisdif werden. Die akfiv fierenden. Heizgase werden in die Retorten durch geeignete
öffnungen eingeführt. Sie setzen sich während ihres Durchganges durch die kohlenstoffhaltige
Masse in mehr oder weniger reduzierende Aktivierungsgase um. Diese. Gase können
indessen nicht unter vorteilhaften Bedingungen zur Verbrennung benutzt werden, und
zwar auf Grund ihrer Verdünnung finit Stickstoff aus den .Rauchgasen. Anderseits
ist es schwer möglich,Aie kohlenstoffhaltige Masse lediglich durch den Durchgang
von Heiz- und Aktivierungsgasen quer durch die Masse auf genügend hoher Temperatur
zu erhalten. Man hat daher oft -seine Zuflucht zu einer zusätzlichen : Erhitzung
außerhalb der Retorten genommen: Diese stellt die dritte Ausführungsform dar, die
im folgenden näher - beschrieben wird: -3. Die kohlenstoffhaltige Masse wird in
von außen durch Verbrennungsgase erhitzte Retorten eingeschlossen. Gleichzeitig
wird sie einer inneren Erhitzung durch Einführung v onAktivierungsgasen, die gegebenenfalls
mit Verbrennungsgasen gemischt sein können, unterworfen. Die in die Retorten eingeführten
äktieierenden Gase können unter Umständen die. gleiche * Zusammensetzung besitzen
wie die Gase, die zur äußerlichen- Erhitzung der- erwähnten Retorten dienen; in
anderen Fällen können die Gase gemischt- werden. Sie können auf die kohlenstoffhaltige
Masse durch geeignete Öffnungen oder ganz oder teilweise durch die Oberfläche der
Retorten selbst geleitet werden, wobei die Retortenwände in diesem Fall eine gewisse
Durchlässigkeit besitzen.
-
Es versteht sich von selbst, daß bei dieser dritten Ausführungsform
stets der Übelstand vorliegt, daß die Retorten- oder Aktivierungsgase durch inerte
Gase verdünnt sind, die nicht in vorteilhafter Weise für die Verbrennung verwendet
werden können.
-
" Die. vorliegende Erfindung stellt eine Verbesserung der ,beiden
zuletzt beschriebenen Ausführungsformen bei der Herstellung aktiver Kohle durch
Gas dar, wobei die erste Ausführungsform außer Betracht bleibt. Die Erfindung bezweckt,
die Aktiv ierungsreaktionen zu beschleunigen, und zwar durch zweckmäßige Anwendung
in der im folgenden näher beschriebenen Art und Weise der Heizgase und der aktivierenden
Gase, wobei letztere Aktivierungsgase von hoher Heizwirkung. ergeben.
-
Die Erfindung bezieht sich auf die Aktivierung beliebiger kohlenstoffhaltiger
Massen, z. B. Holz oder beliebige pflanzliche oder tierische Abfälle, Torf, . Lignit,
Anthracit o. dgl. Die genannten Stoffe können zuvor auch einer Carbonisation, Agglomerierung,
Imprägnierung oder einer Wäsche unterworfen werden. Erfindungsgemäß werden beliebige
aktivierende Gase, namentlich Sauerstoff, Wasserdampf, Kohlensäure entweder allein
oder in Mischung mit Chlor, Salzsäure usw. angewendet. In allen Fällen geschieht
dies in solchen Verhältnissen, » daß nach der Einwirkung auf die zu'
aktivierende Kohle Verbrennungsgase entstehen, die einen hohen Heizwert besitzen,
der genügt, um die Gase nutzbringend verwendbar zu machen. Das Verfahren kann in
beliebigen Öfen durchgeführt werden, die zu der zweiten oder dritten der obenerwähnten
Kategorien gehören.
-
Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein neues Arbeitsverfahren
unter Anwendung - dieser Aktivierungsöfen, wobei ein Wechsel der Erhitzungs- und
Aktivierungsphasen vorgesehen ist. Jede dieser beiden Operationen geschieht für
sich " mit Gasen verschiedener Zusammensetzung, die dem jeweils gewünschten Zweck
angepaßt ist.
-
In einer ersten Verfahrensstufe, die als'Erhitzung bezeichnet wird,
streichen die Verbrennungsgase bzw. die verbrannten Gase durch die in. dem Ofen
und/oder den Retorten enthaltene kohlenstoffhaltige Masse hindurch. Hierauf läßt
man der Erhitzung ein Hindurchstreichen von aktivierenden Gasen, z. B. von Wasserdampf,
Kohlensäure usw., quer durch den Ofen und/oder die Retorten
im
gleichen oder in. irgendeinem anderen Sinne folgen. Diese Maßnahme stellt die zweite
Stufe, die Aktivierung dar, während deren die kohlenstoffhaltige Masse sich etwas
abkühlt infolge des endothermischen Verlaufs der aktivierenden Reaktion.
-
Wenn die Temperatur der kohlenstoffhaltigen Masse so weit heruntergegangen
ist, daß die Aktivierungsreaktion nicht mehr unter zufriedenstellenden Bedingungen
verläuft, hört man mit der Aktivierung auf, um eine Erhitzung -wieder folgen zu
lassen. Die kohlenstoffhaltige Masse wird also während ihres Aufenthaltes- in dein
Ofen' oder den' Retorten einer Reihe abwechselnder Erhitzung und Aktivierung unterworfen,
wobei die Behandlungsdauer durch den gewünschten Aktiv ierungsgrad- bestimmt wird.
-
Die beliebig oft wiederholte Wechselfolge von Erhitzung und Aktivierung
bezweckt, die Aktivierungsreaktion ohne Behinderung und unter den geeignetsten Temperaturbedingungen
beliebig weit, d. h. auf jeden Fall weiter, als eine einmalige Wechselfolge dies
erlauben würde, treiben zu können.
-
Gemäß der Erfindung können den während der Erhitzung aus dem Ofen
oder den Retorten entweichenden Dämpfen gegebenenfalls kleine Mengen von Luft zugesetzt
werden, um eine vollständige Verbrennung der verbrennlichen Bestandteile zu bewirken,
die infolge der reduzierenden Wirkung der kohlenstoffhaltigen Masse darin enthalten
sind. Hierdurch gewinnt man die recht merkliche Wärme dieserMasse, indem man sie
entweder zu einer Vorwärmung der aktivierenden Gase für einen anderen Ofen oder
für den gleichen Ofen verwendet. Man kann sie auch zur Herstellung von Wasserdampf
u. dgl. benutzen.
-
Gemäß vorliegender Erfindung können die während der Aktivierung entstehenden
Aktivierungsgase, die notwendigerweise hohe Heizkraft besitzen, unmittelbar bei
ihrer Verbrennung zur Heizung eines anderen Ofens oder des gleichen Ofens dienen,
da bekanntlich die Aktivierungsgase in reinem Zustand verwendet werden können.
-
Lediglich als Beispiel ist - im folgenden schematisch eine Ausführungsform
der Erfindung angegeben.
-
Die beiliegende Zeichnung gibt ein Schema der Gesamtanlage eines Aktivierungsofens
wieder. Sie besteht aus einem Herd F, der unmittelbar mit dem Arbeitsraum L des
Ofens verbunden ist. Dieser Raum enthält irgendeine geeignete Vorrichtung zur Aufnahme
des kohlenstoffhaltigen Materials. Der Arbeitsraum wird am oberen Teil des Ofens
mit Hilfe eines Fülltrichters T gefüllt, und die gewonnene aktive Kohle wird unten
1::on@. tinuierlich oder diskontihriierlich bei D entleert. Die Retorten, Kammern
öder im'. vorhandene Räume können -Wände haben, die geeignete Öffnungen besitzen,
auch können poröse Wände benützt -,verden. Diese Inneneinrichtungen müssen eine
regelmäßige Erhitzung und ein leichtes Hindurchtreten der aktivierenden Gase gestatten.
-
In den Herdraum -F läßt man brennbare Gase zur Erhitzung durch eine
Zuführung a eintreten, ferner Verbrennungsluft durch eine Zuführung b und schließlich
aktivierende Gase durch eine Zuführung c. Jede der drei Zuführungen a, b,
c ist mit einem. Ventil versehen* Die aus dein Arbeitsraum L austretenden 'Gase
können durch eine Leitung d zum Kamin geführt werden.' Noch besser können sie mit
Hilfe einer Leitung c zu Vorrichtungen geführt werden, die die Nutzbarmachung der
sonst verlorenenWärme ermöglichen. Schließlich kann man sie auch durch eine Leitung
f zu einem Gasoriieter führen. Die drei Leitungened, e, f sind ebenfalls
jede für sich mit einem Ventil ausgestattet.
-
Die gewöhnliche Arbeitsweise des Ofens läßt sich- wie folgt beschreiben:
Während der Erhitzung läßt man Verbrennungsgase durch die Leitung a und Verbrennungsluft
durch die Leitung b eintreten. Die Züfülirung-c ist geschlossen. Die Gase verbrennen
in dem Herdraum F, und die Verbrennungsgase bzw. 'die- Abgase streichen durch .
den Arbeitsraum L hindurch, wo sie die Retorten von außen und/öder innen erhitzen.
Die aus - dem Arbeitsraum L austretenden Gase- entweichen. dann #entweder durch
die Leitung d in den Kamin, oder sie werden- durch die Leitung e zu Einrichtungen
geführt, die eine Wiedergewinnung der sonst verlorengehenden Wärme ermöglichen.
Während dieser Arbeitsstufe ist das Ventil f geschlossen.
-
Wenn die Erwärmung ausreichend erscheint, so hört man mit dem Heizen
auf, indem man die Ventile der Leitungen a und b
schließt. Man leitet nun
z. B. Wasserdampf, der vorzugsweise auf hohe Temperatur .überhitzt ist, durch die
Leitung c ein. Dieser Dampf wird beim Hindurchstreichen durch den- Herdraum F weiter
überhitzt. Er dringt dann in den Arbeitsraum L des Ofens ein, wo er mit dem kohlenstoffhaltigen
Material in Berührung kommt, und zwar auf dem gleichen Wege, der auch zur Einführung
der Heizgase gemäß einer der beiden im vorhergehenden auseinandergesetzten Arbeitsweisen
gedient hat. Die bei der Aktivierungsreaktion entstehenden Gase, die aus Wasserstoff
und Kohlenoxyd in Mischung mit etwas Kohlensäüregas bestehen, werden lediglich
mit
etwas Wasserdampf ohne Stickstoff verdünnt. Die Zuführungen d und
e werden geschlossen, und die Gase werden durch die Leitung f in ein Gasometer
geführt, wo sie für verschiedene Zwecke aufgespeichert werden, besonders zum Erhitzen
des Ofens während der folgenden Heizung.
-
Wenn man annimmt, daß der Temperaturabfall in dem Arbeitsraum L des
Ofens genügend weit fortgeschritten ist, hört man mit der Aktivierung auf, um die
Erhitzungsphase wieder aufzunehmen. Diese Abwechselung der beiden Arbeitsstufen
wird ohne Unterbrechung wiederholt.
-
Die vorliegende Erfindung ist naturgemäß nicht auf den schematisch
beschriebenen Ofen und auf die oben angegebene Arbeitsweise beschränkt, sie bezieht
sich vielmehr auf alle Ausführungsformen, bei denen die kohlenstoffhaltige Masse
abwechselnd Heiz- und Aktivierungsgasen ausgesetzt wird.
-
Ebenso ist es möglich, ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen, mehrere
Aktivierungsöfen der oben beschriebenen Art miteinander zu vereinigen, indem man
die während der Aktivierung in einigen Öfen erhaltenen brennbaren Gase zur Verbrennung
in anderen Öfen und zu deren Erhitzung benutzt.
-
Es ist bereits bekannt, kohlenstoffhaltiges Material, im allgemeinen
Koks, abwechselnd der Erhitzung und der Behandlung mit Wasserdampf zu unterwerfen,
um gut heizend-,-, Gase, sogenanntes Wassergas, herzustellen. Bei all diesen Verfahren
findet indessen die Heizung auf Kosten des Kokses selbst statt, von dem.ein Teil
jedesmal während der Erhitzung verbrannt wird, indem man Luft in die glühende Koksmasse
eintreten läßt. Hierdurch wird eine Erhitzung der nicht verbrannten Teile der Koksmasse
bewirkt.
-
Übrigens wird bei diesen Verfahren niemals die Gewinnung aktiver Kohle
bezweckt, vielmehr wird schließlich die gesamte kohlenstoffhaltige Masse in den
Behandlungsapparaten vollständig aufgebraucht. Ferner ist es bereits bekannt, kohlenstoffhaltiges
Material in Aktivierungsöfen einer Aufeinanderfolge mehrerer Behandlungsstufen zu
unterwerfen, .nämlich einer Vorerhitzung, einer Destillation, einer Aktivierung,
Endcalzinierung u. a. m. Bei a11 diesen Verfahren wurde jedoch die kohlenstoffhaltige
Masse nur ein einziges Mal, nämlich beim Durchgang durch den Ofen, dieser Aufeinanderfolge
von Behandlungen unterworfen. Demgegenüber wird gemäß vorliegender Erfindung die
Masse während der ganzen Dauer ihres Aufenthaltes in dem Ofen mehrfach einer abwechselnden
Erhitzung und Aktivierung unterworfen.
-
Ferner ist es bereits bekannt, bei Tubusretorten Erhitzung und Aktivierung
abwechseln zu lassen, zu dem Zweck, dass in den Gasen suspendierte kohlenstoffhaltige
Material zu aktivieren. Bei diesem Verfahren wirkt die Erhitzung jedoch lediglich
auf die Wände der Retorte, die während der. Heizperiode keinerlei kohlenstoffhaltiges
Material enthält. Bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird jedoch die kohlenstoffhaltige
Masse selbst während ihres Verweilens in dem Ofen abwechselnd einer Erhitzung und
Aktivierung unterworfen.