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Verfahren zur Aktivierung von un oder vorverkohlten kohlenstoffhaltigen
Stoffen mittels Aktivierungsgase Die Verwendung der bei der Aktivierung von urverkohlter
Moder vorverkohlter organischer Substanz beliebiger Herkunft mittels aktivierender
Gase, wie z. B. Wasserdampf, Kohlensäure @usw. bzw. Gemische dieser, anfallenden
Gase zur Beheizung der Aktivierungsräume ist bekannt.
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Bei den Aktivierungsverfahren, bei denen die Zuführung der zu aktivierenden
Substanz und der Aktivierungsgase nach dem Gegenstromprinzip verfolgt, wird jedoch
der Heizwert der bei der Aktivierung resultierenden Heizgase, wenn dieselben durch
die ganze Höhe,oder Länge des zu aktivierenden Materials geführt werden, durch das
a!us diesen stammende chemisch oder adsorptiv gebundene Wasser herabgesetzt. Durch
die Bildung des Wasserdampfes wird aber nicht nur die Temperatur der Heizgase wesentlich
herahgedrückt, sondern der gebildete Wasserdampf verdünnt die Heizgase und verbraucht
selbst bei der Verbrennung der Gase Wärme.
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Zur Vermeidung dieser Nachteile ist man dazu -übergegangen, die Aktivierung
in zwei Stufen vorzunehmen, indem man in der Bersten Stufe das zu aktivierende Mäterial
entwässert und in der zweiten Stufe das auf Reaktionstemperatur gebrachte Ausgangsmaterial
mit den Aktivierungsgasen behandelt hat. Auf diese Weise gelingt seine vollständige
Trennung des beim Trocknen des zu aktivierenden Materials entstehenden Wasserdampfes
einerseits und der wertvollen Heizgase andererseits nur dann., wenn die beiden Operationen
in zwei getrennten Räumen, also diskontinuierlich, vorgenommen werden. Dies bedingt
aber leine kompliziertere Arbeitsweise und ein komplizierteres Ofensystem.
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Man hat deshalb auch versucht, diese Trennung des aus dem Rohmaterial
herrührenden Wasserdampfes und der bei der Aktivierung anfallenden Heizgase auch
bei kontinuierlicher Arbeitsweise durchzuführen, derart, daß man einen beispielsweise
senkrecht angeordneten Glühraum durch Anbringung von zwei Abzugsschächten in verschiedenen
Höhen oder Abständen des Glühraumes diesen in zwei Teile .oder Räume tunterteilte.
Der erste der beiden Abzugsschächte wurde im oberen Teil des Aktivierungsra:umes
zur Entfernung des beim Anheizen des Ausgangsmaterials gebildeten Wasserdampfes
angebracht, während ,der zweite Abzugsschacht meinem vom ersten Abzugsschacht willkürlich
gewählten Abstand an seiner tiefer gelegenen Stelle des Glühraumes zur Entfernung
der gebildeten Heizgase vorgesehen war.
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Mit dieser @ Anbringung von ' zwei Abzugsschächten glaubte man eine
vollständige Trennung der Heizgase von Wasserdampf -und
eine vollständige
Gewinnung der Heizgase zu erzielen. Eine solche Scheidung ist jedoch bei kontinuierlicher
Arbeitsweise auch dann nicht möglich, wenn stets Material gleicher Zusammensetzung,
d. h. gleichen Wassergehaltes, zur Aktivierung gelangt. Je nach der vielfach schwankenden
Temperatur des Glühraumes wird die Entwässerung iri wechselnder Höhe des Glühraumes
erfolgen, so daß entweder Wasserdampf mit den Heizgasen oder umgekehrt Heizgase
mit dem Wasserdampf abgeführt werden. Auf jeden Fall erfolgt eine Verschlechterung
der Wärmeökonomie der Aktivierungsanlage.
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Dieser Verlust an Heizgasen bzw. die Verminderung des Heizwertes dieser
tritt aber bei dieser Arbeitsweise stets auf, wenn man, wie dies bei der betriebsmäßigen
Herstellung von Aktivkohle stets der Fall ist, gezwungen ist, Material wechselnden
Wassergehaltes oder sonst verschiedenartiges Material gleichzeitig zu verarbeiten.
Hier wird auch bei Konstanthaltung der Ofentemperatur infolge des einmal gegebenen
Abstandes zwischen Wasserdampf- und Heizgasabführungsschacht bei wasserreichem Rohmaterial
innerhalb des zur Trocknung vorgesehenen Teiles des Glühraumes das Rohmaterial nicht
vollständig entwässert, die Heizgase werden also noch Wasserdampf mitführen, oder
aber bei Verarbeitung von wasserarmem Rohmaterial wird die Trocknung innerhalb seiner
kürzeren Zone beendet sein, und durch .die Strömung des gebildeten Wasserdampfes
wird ein Teil - der Heizgase mit angesaugt und so der Verwendung zur Beheizung dem
Ofensystem :entzogen.
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Bei dieser Arbeitsweise ergeben sich aber noch weitere Nachteile.
Die Entwässerung bzw. das Auftemperaturbringen des Rohmaterials erfolgt ausschließlich
durch die Strahlungswärme der Wandung des Glühraumes. Infolge :der schlechten Wärmeleitfähigkeit,
besonders des bereits vorverkohlten Materials, erfolgt die Entwässerung viel langsamer
und erfordert deshalb einen beträchtlichen Teil, gewöhnlich i/4 bis i/3 des gesamten
Glühraumes, wodurch die Aktivierungskapazität des besamten Glühraumes wesentlich
kleiner wird.
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Aus diesen beschriebenen Nachteilen ergibt sich von selbst, daß durch
diese Trennung der Gase die bei dem eingangs beschriebenen Verfahren angeführten
Mängel nicht behoben werden, sondern sich weitere die Wärmeökonomie beeinträchtigende
Nachteile ergeben.
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Eine Beseitigung dieser Mängel wird erst durch die vorliegende Erfindung
möglich. Erfindungsgemäß werden bei dem nach - dem Gegenstromprinzip arbeitenden
Gasaktivierungsverfahren die Aktivierungsgase bzw. die im Verlauf der Einwirkung
dieser auf das wasserhaltige Rohmaterial entstehenden Abgase in bekannter Weise
durch die ganze Länge oder Höhe des Glühräumes hindurchgeführt. Diese Abgase, welche
je nach dem Wassergehalt des Rohmaterials den beim Entwässern des letzteren abgegebenen
Wasserdampf enthalten, werden jedoch erfindungsgemäß nicht wie bisher als solche
zur Außenbeheizung der Glühräume verwendet, sondern unmittelbar und gemeinsam mit
Aktivierungs-,und/oder Heizgasen in einen oder mehrere nach dem Gleichstromprinzip
arbeitende Aktivierungsräume eingeleitet, in welchen gleichzeitig mit der Aktivierung
im ersten oder den .ersten Gegenstromaktivierungsräumen gleichartiges oder verschiedenartiges
Material zur Aktivierung gelangt.
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Durch diese neuartige Führung der aus nach dem Gegenstromprinzip arbeitenden
Aktivierungsräumen austretenden wasserdampfhaltigen Reaktionsgase wird erstens erreicht,
daß das kontinuierlich oder diskontinuierlich eingetragene Material in den nach
dem Gegenstromprinzip arbeitenden Aktivierungsräumen nicht nur durch die Strahlungswärme
der Glühraumlvandungen,sondern auch durch den Wärmeinhalt der wasserdampfhaltigen
Reaktionsgase unmittelbar nach der Einbringung in den Aktivierungsraum auf Aktivierungstemperatur
gebracht wird. Die aus einem oder mehreren nach dem Gegenstromprinzip ,arbeitenden
Aktivierungsräumen austretenden wasserdampfhaltigen Reaktionsgase werden nun in
einen oder mehrere nach dem Gleichstromprinzip arbeitende Aktivierungsräume gemeinsam
mit Aktivierungs-und/oder Heizgasen eingeführt. Durch diese noch heißen Reaktionsgase
wird das in diese Aktivierungsräume eingetragene Material mit auf Aktivierungstemperatur
gebracht, so daß auch in diesen Aktivierungsräumen durch Unterstützung der Außenbeheizung
dieser Glühräume das dort eingetragene Material unmittelbar nach dem Eintragen auf
Aktivierungstemperatur gebracht wird.
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Als weiterer Vorteil dieser neuartigen Führung der Reaktionsgase aus
den nach dem Gegenstromprinzip arbeitenden Glühräumen wird erreicht, daß der Wasserdampf
dieser Reaktionsgase nach Aufheizung des zu aktivierenden Materials in den nach
dem Gleichstromprinzip arbeitenden Glühräumen mit dem glühenden organischen Material
in Reaktion tritt, wobei einerseits der Wasserdampfgehalt dieser Reaktionsgase in
wertvolles Wassergas übergeführt wird und gleichzeitig das organische Materialentsprechend
dem Wassergasgehalt der Reaktionsgase aktiviert wird. Bei dieser Arbeitsweise ist
zur Aktivierung des
in den nach dem -Gleichstromprinzip arbeitenden
Aktivierungsräumen befindlichen kohlenstoffhaltigen .Materials ein dem. Wasserdampf
der Reaktionsgase entsprechender geringerer Anteil an Aktivierungsgasen erforderlich.
Die dann aus diesen Aktivierungsräumen austretenden Reaktionsgase enthalten, da
diese stets eine glühende .Kohleschicht zum Schluß passieren, praktisch keinen Wasserdampf
,oder unverbrauchtes Aktivierungsgas, sondern nur hocherhitzte Aind hochwertige
Heizgase und können. sofort zur Außenbeheizung des Ofensysteins verwendet werden.
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Durch die vorliegende Erfindung wird aber noch ein weiterer technischer
Fortschritt erzielt. Bei dieser Arbeitsweise ist man nicht gezwungen, die Menge
;der._Aktivierungsgase in den nach dem Gegenstromprinzip arbeitenden Aktivierungsräumenentsprechend
den in diesen Räumen zur Aktivierung gelangenden organischen Stoffe zu dosieren,
sondern man - kann ohne weiteres mit einem Überschuß an Aktivierungsgas arbeiten,
da ja dieser überschuß an Aktivierungsgas nicht verlorengeht, sondern zur Aktivierung
des in den nach dem Gleichstromprinzip. arbeitenden Glühraumes verwendet wird. .
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Diese neue, mit einer Reihe vontechnischen Vorteilen verknüpfte -Führung
der wasserdampfhaltiben Reaktionsgase unterscheidet sich, wie im nachstehenden ausgeführt
wird, sowohl hinsichtlich des Zweckes als auch der Art, von den .bisher. bekanntgewordenen
Arbeitsweisen.
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So -werden bei einem bekannten Verfahren die. bei. der Aktivierung
von bereits vorgetrockneten, also wasserfreien kohlenstoffhaltigen: Stoffe .mittels
aktivierend wirkender Gase erhaltenen Reaktionsgase entweder zur Unterstützung der
trockenen Destillation der urverkohlten-organischen Substanz .zum Zugecke der vollständigeren
Trockendestillation bei gleichzeitiger Gewinnung der flüssigen Destillationsprödukte
verwendet, ioder diese wasserdampffreien Reaktionsgase. werden zum Nachglühen von
bereits aktivierter Kohle verwendet. Bei letzterer Arbeitsweise wird aber gerade
der größte Wert auf die Abwesenheit von auf die Aktivkohle endothermeinwirkender
Gase, also Wasserdampf, gelegt.
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Der . vorliegende . Erfindungsgegenstand unterscheidet-. sich aber
auch von einer älteren bekannten Arbeitsweise, bei welcher derart verfahren wird,
daß die aus einem Aktivierungsraum,. in welchem bereits vorg'etröcknetes.organisches
Material zur Aktivierung gelangt, anfallenden Reaktionsgase zur - Verdrängung der.
in einem zweiten mit organischem: Material beschickten Aktivierungsra:um hefindlichen_
Luft verwendet werden: Diese Reaktionsgase werden also meinen Glühraum eingeleitet,
- in welchem bereits- ,organisches Material. auf AktivIerungstemperatur gebracht
wurde, in. -welchem aber: nicht die Aktivierung gleichzeitig mit der Aktivierung
des im ersten Glühraum befindlichen Materials erfolgt.
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Bei dieser älteren Arbeitsweise sind aber die Voraussetzungen, welche-
erst die Durchführung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung ermöglichen, gar
nicht gegeben. Die organische Substanz enthält bei dieser Arbeitsweise gär kein
Wasser mehr, denn während des Auftemperafiurbringens des nicht gleichzeitig der
äWirkung der AktivIerungsgase ausgesetztten,organischen Materials wird ersteres
vollständig ausgetrieben. Auch ist aus der Beschreibung dieser älteren Arbeitsweise
kein Hinweis zu entnehmen, daß dort die erfindungsgemäße Kombination einer Gleichstrom-
und Gegenstromaktivierung vorgenommen wird. Auch wird bei dem älteren Verfahren
eine chemische Umsetzung der in den anderen Glühräumen befindlichen organischen
Substanz während der Aktivierung des in einem Aktivierungsraum befindlichen Materials
b@ewußt dadurch zu vermeiden versucht, daß man. die Luft aus diesen Räumen durch
die Reaktionsgase verdrängt.
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Demgegenüber wird bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung eine
Aktivierung in allen Aktivierungsräumen gleichzeitig vorgenommen und eine chemische
Beeinflussung des zu aktivierenden Materials mit den aus anderen Aktivierungsräumen
stammenden Reaküonsgasen herbeigeführt.
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Der durch das hier beanspruchte Verfahren erreichte technische Fortschritt
ist aber auch im Hinblick auf dieses bekannte Verfahren augenscheinlich. Bei dem
bekannten Verfahren wird von einer Batterie von Aktivierungsräumen stets nur seiner
zur wirklichen Aktivierung verwendet, während die übrigen Räume durch Außenbeheizung
auf Aktivierungstemp:eratur gebracht werden müssen. Dieses Aufheizen muß aber mit
zusätzlichem Heizgas erfolgen, da - die bei der Aktivierung aus nur einem Aktivierungsraum
anfallenden Heizgase nur ieinen Bruchteil. der zur Beheizung des ganzen Ofensystemserforderlichen
Heizgasmengen ausmachen. Hingegen werden bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung
gleichzeitig alle Aktivierungsräume verwendet.. Das in diesen Räumen anfallende
wasserdampffrele Heizgas reicht vielfach zur Beheizung des ganzen. Ofensystems aus.
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Bei einem .anderen bekannten Verfahren wird wieder die zu. aktivierende
organische Substanz durch die Aktivierungsgase aufgelockert !oder in Schwebe gehalten
und das bereits fertigaktivierte Material von den zum Teil noch unverbrauchten Aktivierungsgasen
aus dem Glühraum getragen, und nach Abscheidung
der aktiven Kohle
in einem Absetzraum werden diese Gase zur Fertigaktivierung des noch in demselben
Glühraum befindlichen Materials verwendet.
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Dieses Verfahren, ebenso wie ein, anderes ähnliches Verfahren, bei
dem de Aktivierungsgase ein und dasselbe organische Material durch mehrere durch
Absetzräume voneinander getrennte Aktivierungsräume so lange hindurchblasen, bis
alles Material aktiviert ist, unterscheidet sich von dem Erfiildungsgedanken vor
allem dadurch, daß hier . durch die gleichartige Bewegung der organischen Substanz
und der Aktivierungsgase durch den oder die Glühräume Reaktionsgase, welche das
aus der organischen Substanz stammende' Wasser in Form von Wasserdampf mitführen,
gar nicht gebildet werden. Es fehlen somit hier vollständig die Voraussetzungen
für die vorliegende Erfindung.
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Dies gilt in gleichem Maße auch für ein weiteres bekanntes Verfahren,
bei dem zur Erhöhung der Wärmeökonomie solcher Schwebeverfahren die Aktivierungsgase
nach erfolgter Abscheidung des aktivierten Materials zur indirekten Aufheizung der
Aktivierungs- rund Verdünnungsgase sowie der von diesen mitgeführten ,organischen
Substanz verwendet werden.
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Die praktische Verwertung der hier beschriebenen Erfindung kann in
verschiedener Weise .erfolgen. Nachfolgend sind beispielsweise zwei besonders geeignete
Ausführungsformen und die zur Durchführung dieser geeigneien Vorrichtungen an Hand
der @Abb. i und 2 beschrieben.
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Abb. i zeigt eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, welche
aus zwei Aktivierungsräumen i rund 2 besteht. In diesen Aktivierungsräumen wird
das zu aktivierende Material bei a bzw. b gleichzeitig kontinuierlich oder diskontinuierlich
eingeführt und nach in den Glühräumen erfolgter Aktivierung als Aktivkohle bei c
bzw. d abgezogen. Die Aktivierung erfolgt in beiden Räumen gleichzeitig mittels
aktivierend wirkender Gase, und zwar so, daß im Glühraum i die Gase in -entgegengesetzter
Richtung zur Bewegungsrichtung des kohlenstoffhaltigen Materials bei e und im Glühraum
2 bei f in gleicher Richtung mit dem zu aktivierenden Material eingeleitet werden.
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Die aus dem Glühraum i bei g austretenden Reaktionsgase, die mit Wasserdampf,
der aus dem organischen Material stammt, verdünnt sind, werden unmittelbar ohne
Zwischenschaltung irgendeines Raumes direkt in den Glühraum 2 bei h eingeführt.
Zweckmäßig erfolgt der Austritt der Gase bei g aus dem ersten und der Eintritt der
Gase bei h in den zweiten Glühraum nicht durch einen, sondern durch mehrere nebeneinander
angeordnete Abzugsschächte, wodurch die Gase gezwungen werden, auch im oberen Teil
der Glühräume durch den ganzen Querschnitt dieser zu streichen. Zur Bewegung der
Gase durch die Aktivierungsräume bedient man sich bekannter Maßnahmen. So können
die bei g aus dem ersten Glühraum austretenden wasserdampfhaltigen Reaktionsgase
durch die bei feingeblasenen Aktivierungsgase in deal zweiten Aktivierungsraum angesaugt
werden, oder aber die Aktiviierungsgase können bei e in den ersten Glühraum mit
einem solchen Druck eingeleitet werden, daß diese auch durch den zweiten Glühraum
gedrückt werden. Die Bewegung der Gase durch die Glühräume kann noch durch Absaugen
der Reaktionsgase bei i usw. unterstützt werden.
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Bei f wird die zur Aktivierung des in Raum 2 befindlichen kohlenstoffhaltigen
Materials erforderliche zusätzliche Menge an Aktivierungsgas eingeleitet. Gegebenenfalls
können gleichzeitig mit den Aktivierungsgasen bei f noch freien Sauerstoff enthaltende
Gase eingeführt werden, welche durch teilweise oder vollständige Verbnennung der
brennbaren Bestandteile der Reaktionsgase oder eines Teiles des Aktivierungsgut-es
letzteres innerhalb kürzester Zeit gemeinsam mit der Außenbeheizung auf Aktivierungstemperatur
bringen.
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Man kann auch so arbeiten, daß man in dem Glühraum i bei e einen überschuß
an Aktivierungsgas einleitet rund die in diesem Raum nicht verbrauchte Menge an
Aktivierungsgas gemeinsam mit den wasserdampfhaltigen Reaktionsgasen bei h in den
zweiten Aktivierungsraum einleitet und zur Aktivierung des dort befindlichen Gutes
verwendet. Diese Arbeitsweise besitzt den Vorteil, daß der Durchsatz in der gleichen
Apparatur ein viel größerer ist, weil das Aktivierungsgas im Glühraum i gleichzeitig
in einer großen Schichthöhe zur Wirkung gelangt; dabei geht aber der überschuß an
Aktivierungsgas nicht verloren, sondern wird im Glühraum 2 weiterverwendet. Die
bei i aus dem Glühraum 2 austretenden Abgase, welche nunmehr keinen Wasserdampf
oder überschüssiges Aktivierungsgas enthalten, werden direkt zur Beheizung des Ofensystems
verwendet.
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Abb.2 zeigt ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens,
welche aus drei Aktivierungsräumen besteht. Von diesen arbeiten Glühraum i nach
dem Gegenstromprinzip und die Glühräume 2 und 3 nach dem Gleichstromprinzip. Das
zu aktivierende Material wird bei a, b und c eingeführt und nach erfolgter
Aktivierung bei d, e rund f kontinuierlich oder diskontinuierlich
abgezogen.
Die Aktivierungsgase bzw. Gemische solcher werden bei
g, h und i eingeführt. Die bei h aus dem ersten Aktivierungsraum austretenden
zvasserdampfhaltigen Reaktionsgase werden bei l und in in die Aktivierungsräume
z und 3 eingeleitet. Die a;us diesen Räumen schließlich austretenden wasserdampffreien
hochwertigen Reaktionsgase werden bei n bzw. d abgezogen und zur Beheizung des ganzen
Ofensystems oder zu anderen Heizzwecken verwendet.
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Zur technischen Durchführung des Verfahrens werden zweckmäßig mehrere
solcher Systeme m einen einzigen Ofeneingebaut.
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Erfindungsgemäß können aber auch die ivasserdampfhaltigen Reaktionsgase
mehrerer nach dem Gegenstromprinzip arbeitender Aktivierungsrätune in. einen oder
umgekehrt die wasserdampfhaltigen Reaktionsgase eines Glühraumes in mehrere nach
dem Gleichstromprinzip arbeitende Glühräume eingeführt werden. , Die vorliegende
Erfindung ist nicht nur auf Aktivierungsräume beschränkt, welche senkrecht oder
schräg angeordnete Glühräume besitzen, sondern läßt sich mit gleichem Vorteil -auch
a!uf horizontal angeordnete Glühräume, z. B. Drehöfen, anwenden.
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Durch die neue Führung der Reaktionsgase wird der Aktivierungsralum
weit besser als bisher ausgenutzt, wodurch die Gestehungskosten der Aktivkohle wesentlich
herabgesetzt werden. Auch können hier die Vorteile, die sich durch die Aktivierung
nach dem Gleich-und Gegenstromprinzip ergeben, verwertet 1verden; insbesondere ist
;es möglich, Ofensysteme zu verwenden, die mehr als zwei Reihen niebeneinanderliiegende
Glühräume besitzen, was bisher bei Anlagen, welche nach dem Gleichstromprinzip arbeiten,
aus konstruktiven Gründen nicht möglich war.