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Verfahren zur Herstellung von harter, stückiger, aktiver Kohle Die
Erfindung bezieht sich auf Verfahren zur Herstellung harter, stückiger, aktiver
Kohlen durch Verkohlung bzw. Verschwelung von festen, kohlenstoffhaltigen Rohmaterialien
und anschließende Aktivierung und kennzeichnet sich dadurch, daß die Verkohlung
bzw. Verschwelung der kleinen stiikkigen Ausgangsmaterialien unter erhöhtem Druck
in einem Druckgefäß vorgenommen wird. Nach der Aktivierung der so gewonnenen Kohlen
kann noch gegebenenfalls eine an sich bekannte Nachbehandlung mit gasförmigen oder
flüssigen Säuren mit nachträglichem vollständigem oder unvollständigem Auswaschen
und eventuellem Nachglühen durchgeführt werden.
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Durch die Druckerhitzung erhält man einen Koks, der ärmer an flüchtigen
Stoffen und daher kohlenstoffreicher ist. Ein solcher Koks ist für die nachfolgende
Aktivierung besonders geeignet und weist auch in den meisten Fällen eine wesentliche
Steigerung seiner Härte auf. Mit Hilfe des neuen Verfahrens ist man daher imstande,
auch aus minderwertigen Ausgangsmaterialien einen für Aktivkohlen besonders geeigneten
Koks herzustellen.
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Die Höhe des anzuwendenden Druckes richtet sich nach der Natur der
Rohmaterialien. Als allgemeine Richtlinie läßt sich angeben, daß bitumenreichere
Kohlen einen geringeren Druck als bitumenärmere Kohlen benötigen. Der natürliche
Gehalt an teerigen Stoffen oder Bitumen in den Ausgangs-, materialien ist in den
allermeisten Fällen ausreichend, um, nach der beschriebenen Methode verarbeitet,
besonders wohlfeile und auch harte Aktivkohlen von hoher Aktivität zu ergeben.
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Es hat sich auch in einigen Fällen als zweckmäßig erwiesen, die Druckerhitzung
in Anwesenheit oder unter Durchleitung von inerten Gasen oder Dämpfen, z. B. Kohlensäure,
Wasserdampf, Wassergas, Verbrennungsgase, Stickstoff u. dgl. m., vorzunehmen. Bei
den für die Verkohlung bzw. Verschwelung angewendeten Temperaturen von etwa 400
bis 5oo° C wirken diese Gase nicht aktivierend. Eine aktivierende Wirkung würde
bei diesen Gasen erst bei viel höheren Temperaturen (70o bis rooo°)' eintreten.
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Das vorliegende Verfahren läßt sich mit besonderem Vorteil für die
Herstellung von Aktivkohlen bestimmter Korngröße in Anwendung bringen. Diese erfolgte
bisher in der Weise, daß man die Rohmaterialien entweder in verhältnismäßig großen
Stücken aktivierte, nachher zerkleinerte und absiebte oder indem man die pulverisierten
Ausgangsstoffe mit verhältnismäßig großen Mengen Bindemitteln mischte, formte, trocknete,
vorsichtig verschwelte und hierauf aktivierte. Bei der ersten Arbeitsweise fallen
große Mengen Staub und zu kleines Korn bei Er-..(.
zielung nur unzulänglicher
Härte an, während letztere infolge ihrer vielen Manipulationen sehr kostspielig
ist.
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Die Herstellung von Aktivkohlen bestimmter Korngröße läßt sich nun
mit Hilfe des neuen Verfahrens leicht durchführen, indem man ein Rohmaterial von
vorbestimmter Korngröße der Erhitzung unter Druck unterwirft. Selbstverständlich
muß bei der Zerkleinerung bzw. bei der Formung oder Brikettierung darauf Bedacht
genommen werden, daß sich die Größe des Kornes bei der nachfolgenden Behandlung
ändert.
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Will man nach dem erfindungsgemäßen Verfahren stückiges Gut verarbeiten,
so werden die Rohmaterialien, z. B. Anthrazit, Steinkohle, Braunkohle, Nußschalen,
Kerne, organische Abfallstoffe, Torf, Holz u. dgl., durch Zerkleinern und Absieben
auf eine vor= bestimmte Korngröße gebracht, hierauf unter Anwendung von Wärme und
Druck verkohlt bzw. verschwelt und der erhaltene Rückstand bzw. Koks in an sich
bekannter Weise mit Gasen, Dämpfen oder mit Chemikalien aktiviert.
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Will man brikettierte Rohmaterialien verarbeiten, so werden die Ausgangsmaterialien
in zerkleinertem Zustande mit oder ohne Anwendung von Bindemitteln brikettiert,
auf eine vorbestimmte Korngröße gebracht, unter Anwendung von Hitze und Druck verkohlt
bzw. verschwelt und, wie üblich, zu Aktivkohlen verarbeitet.
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Es kann in einigen Fällen auch von Vorteil sein, den zu brikettierenden
Rohmaterialien vor der Druckerhitzung bitumenhaltige Stoffe, z. B. bitumenreiche
Kohlen, Asphalt, Pech oder Harzsäure u. dgl., in zerstäubter Form zuzusetzen. Beispiel
i Anthrazit wird gebrochen und die Siebfraktion zwischen 5 und 6 mm in einem Druckgefäß
auf etwa 4.50° erhitzt, wobei der Drück auf o,i bis 25 Atm. gehalten werden
kann. Wenn der Druck der Schwelgase allein nicht ausreicht, so kann man die gewünschte
Druckhöhe durch Zuleiten inerter Gase oder Dämpfe erreichen. Hierauf wird die verschwelte
Kohle in üblicher Weise aktiviert, wobei alle bekannten Aktivierungsverfahren Anwendung
finden können, z. B. die Aktivierung mit Dampf oder Gasen bei 8oo bis iooo° C.
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Es wurde gefunden, daß die an sich bekannte Extraktion der fertig
aktivierten Kohlen mit Säuren, z. B. Salzsäure, bei den nach dem vorliegenden Verfahren
hergestellten Kohlen eine besondere Erhöhung des Aktivitätseffektes herbeizuführen
imstande ist. Man wird daher zweckmäßigerweise die fertig aktivierten Stücke z.
B. mit Salzsäure extrahieren und nach eventuellem vollständigem oder unvollständigem
Auswaschen trocknen und erhitzen. Diese nachträgliche Erhitzung wird vorteilhafterweise
bei höheren Temperaturen vorgenommen. Beispiel e Brikettierfähige Braunkohle wird
mit oder ohne Bindemittel zu Briketts von gewünschter Größe verarbeitet und in einem
Druckgefäß, wie in Beispiel i angeführt, bei etwa 5o Atm. Druck behandelt und nach
üblichen Methoden zu Aktivkohlen verarbeitet.
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Wenn der Bitumengehalt der Braunkohle nicht ausreichend ist, setzt
man bituminöse Stoffe zu, z. B. Braunkohle von sehr hohem Bitumengehalt oder Asphalt,
Pech oder auch Harzsäuren. In manchen Fällen erweist es sich als vorteilhaft, inerte
Gase oder Dämpfe während der Druckerhitzung der Braunkohle durchzuleiten und- die
Schwelgase so zum Teil abzuführen.
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Bei der -Verarbeitung von Briketts ist es besonders zweckmäßig, diese
unter Zusatz geringer Mengen pflanzlicher oder tierischer Faserstoffe, z. B. von
Haaren, in an sich bekannter Weise herzustellen, wobei die gewonnene Kohle einen
ganz besonders hohen Aktivitätsgrad aufweist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ergibt die Möglichkeit, auf sehr wirtschaftliche
Weise stückige Aktivkohlen herzustellen, welche für Entfärbungs-, Desodorisierungs-,
Gasmasken- oder Gasadsorptionszwecke Verwendung finden können. Solche Kohlen können
auch mit Vorteil" in stehenden Filtern für Entfärbungs- oder Desodorisierungszwecke
oder in Adsorbern für Gasadsorptionszwecke verwendet werden.
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Die stückigen Aktivkohlen können auch nach Feinmahlung als Entfärbungskohlen
nach dem Einmaisch- oder Schichtenfiltrationsverfahren in Anwendung gelangen.
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Die erhaltenen Aktivkohlen zeichnen sich durch hohen Aktivitätsgrad,
gute Härte und sehr günstige Regenerationsfähigkeit aus. Sie lassen sich ohne nennenswerten
Verschleiß regenerieren, und zwar sowohl nach der chemischen Methode als auch nach
der thermischen Methode und mit Dampf.
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Die Erhitzung (Verkohlung bzw. Verschwelung) von Kohle und anderen
kohlenstoffhaltigen Substanzen unter Druck ist im allgemeinen für andere Zwecke
bekannt gewesen. Es war jedoch nicht bekannt, daß die durch die Erhitzung unter
Gasüberdruck gewonnenen Kokse sich ganz besonders für die Herstellung harter, stückiger
Aktivkohlen eignen und daher auch bei Verwendung billiger
Ausgangsmaterialien
hochaktive Kohle liefern.
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Bei der bekannten Holzverkohlung in Retorten zum Zwecke der Herstellung
von Aktivkohlen wird entweder bei Unterdruck gearbeitet oder es werden die sich
bildenden Schwelgase ständig abgeführt, so daß sich kein Überdruck in der Retorte
bilden kann.
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Es wurde auch vorgeschlagen, kohlenstoffhaltige Rohmaterialien unter
hohem mechanischem Druck oder unter dem Druck einer Flüssigkeit zu erhitzen, doch
werden auch in diesen Fällen die entstehenden Gase ständig abgeführt, so daß kein
Gasüberdruck entstehen kann. Bei der Aktivierung von kohlenstoffhaltigen Stoffen
im Schwebezustand, bei welcher ein Gasstrom, der die Kohlenkörner trägt, in einen
Raum eingeblasen wird,-herrscht ebenfalls kein Überdruck, sondern eher ein Unterdruck,
da der Reaktionsraum mit einer Esse, meist sogar mit einem Exhaustor, in Verbindung
steht.
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Es ist auch vorgeschlagen worden, die bereits aktiven Rückstände des
Kohleverflüssigungsverfahrens zu reinigen und als Aktivsohle zu verwenden. Hier
handelt es sich jedoch um die Aufarbeitung eines die Kohle bereits in aktiver Form
enthaltenden Abfallproduktes, während das Verfahren selbst (Druckerhitzung bei übermäßig
hohen Drükken und Temperaturen unter gleichzeitiger Einleitung von Wasserstoff)
für die technische Herstellung von aktiven Kohlen nicht in Betracht kommt.
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Es wurde auch vorgeschlagen, den bei den bekannten Crackmethoden von
kohlenstoffhaltigem Material (Petroleum) als Abfallprodukt anfallenden koksartigen
Rückstand auf aktive Kohlen zu verarbeiten. Dieses Material kommt jedoch für das
vorliegende Verfahren nicht in Betracht, da es ja nahezu reinen Kohlenstoff darstellt,
der durch die Druckerhitzung keinerlei Beeinflussung mehr erfährt.
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Demgegenüber handelt es sich bei der vorliegenden Erfindung um die-
-direkte und ausschließliche Herstellung harter, stückiger Aktivkohlen aus beliebigen,
auch minderwertigen Rohmaterialien durch Verkohlung oder Verschwelung derselben
unter ständigem Gasüberdruck, und es war bisher nicht bekannt, daß die auf diese
Weise gewonnenen Kokse sich mit besonderen technischen und wirtschaftlichen Vorteilen
für die Herstellung stückiger Aktivkohlen von hohem Aktivitätsgrad aufarbeiten lassen.