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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung aktiver Kohle Es ist bekannt,
aktive Kohle aus kohlestoffhaltigen Ausgangsstoffen, wie Braunkohle, Torf, Holz,
dadurch herzustellen, daß diese Stoffe in Form von Pulver mittels brennbarer Aktivierungsgase
rasch durch eine Retorte hindurchgeführt werden, die durch teilweise Verbrennung
dieser Gase auf die zur Zersetzung und Aktivierung notwendige Temperatur gebracht
wird, worauf die aktivierten Kohleteilchen in Sammelräumen gewonnen werden. Ferner
ist auch schon eine kurzzeitlich ausführbare Aktivierung von mit Gasen eingeführtem
fein verteiltem Kohlenstoffmaterial unter Verbrennung dieser Gase vorgenommen worden.
Auch hat man die Aktivierung bereits in zwei Stufen vorgenommen, wobei in der ersten
Stufe eine trokkene Destillierung bei niedriger Temperatur von ettva 6oo° und sodann
eine Carbonisierung bei höherer Temperatur von über iooo° erfolgt. Schließlich ist
es auch bekannt, gasabgebende Stoffe, wie bituminöse Kohle, in feiner Verteilung
mittels eines Gas-Luft-Gemisches abzusaugen und in der Flamme des verbrannten Gases
zu aktivieren, worauf das aktivierte Gut noch eine heiße Zone durchfällt und dann
abgekühlt wird.
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Während bei diesen bekannten Arbeitsweisen die Aktvierung vornehmlich
durch die Gegenwart oxydierender Gase erfolgt, so daß Verluste an Kohle infolge
Verbrennung unvermeidlich sind, ist gefunden worden, daß sich ein sehr hoher Aktivierungsgrad
bei guter Ausbeute erreichen läßt, wenn man die Aktivierung durch eine äußerst kurze
Behandlung des kohlenstoffhaltigen Materials bei sehr hohen Temperaturen derart
vornimmt, daß eine Sprengung der kohlenstoffhaltigen Teilchen erfolgt. Hierzu wird
gemäß der Erfindung noch nicht entgastes kohlenstoffhaltiges Material durch Einführen
in eine Zone brennenden Gases plötzlich und nur während eines Bruchteils einer Sekunde
einer Temperatur von iooo°, z. B. i4oo°, und gegebenenfalls anschließend außerhalb
der Zone brennenden Gases noch bis zur Gesamtdauer von etwa einer Sekunde einer
niedrigeren Temperatur, z. B. 9oo°, ausgesetzt und danach schnell abgekühlt und
von den Gasen getrennt.
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Durch die kurze Behandlung bei sehr hohen Temperaturen werden die
kohlenstoffhaltigen Stoffe praktisch sofort ohne Koksbildung oder Verunreinigung
der Oberfläche der Kohleteilchen und ohne eitle nennenswerte Verbrennung der fein
zerteilten kohlenstoffhaltigen Ausgangsstoffe zersetzt. Man erhält sofort einen
porösen und hochaktiven Kohlerückstand. Durch die kurze Hitzebehandlung werden Verluste
infolge Verbrennung des Kohlenstoffs vermieden, und es können hierbei mit gutem
Erfolg solche Ausgangsstoffe, wie bituminöse Kohle, Braunkohle, Torf oder Holz,
verwendet werden, die besonders wirtschaftlich sind. Die gemäß der Erfindung benutzte
Aktivierungsdauer beträgt gewöhnlich einen sehr kleinen Bruchteil einer Sekunde,
z. B. 1%2o einer Sekunde. Je rascher eine Kohle
beim Erhitzen Koks
bildet, desto kürzer muß die gemäß der Erfindung für die Aktivierung unter Vermeidung
der Koksbildung zulässige Zeit sein. Durch die gegebenenfalls nachfof--ende Behandlung
bei einer niedrigeren #e,=# perätur von z. B. 9oo° wird die Aktivierüi*g° der Kohle
noch erhöht.
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Die kohlenstoffhaltigen Ausgangsstoffe können in die Flamme einer
vorher hergestellten Mischung aus gasförmigem Brennstoff und Luft eingeführt werden;
so können sie z. B. suspendiert in einer Gas-Luft-Mischung in die Flamme eingeführt
werden. Als gasförmige Brennstoffe können gewöhnliches Leuchtgas, Generatorgas,
Wassergas, Öl- oder Spiritusdämpfe o. dgl. verwendet werden. Die kohlenstoffhaltigen
Ausgangsstoffe können gleichzeitig mit dem gasförmigen Brennstoff und der Luft durch
eine über iooo° erhitzte Verbrennungskammer eingeführt werden.
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Man kann eine Mehrzahl von Flammen verwenden, die aufeinanderstoßen
sollen, um eine Zone von starleer Verbrennung und heftiger Bewegung zu schaffen,
in der fast sofort die Zersetzung stattfindet, ohne daß ein Verlust an dem in aktivierter
Form erhaltenen Kohlerückstand eintritt.
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Zur Ausführung des Verfahrens gemäß der Erfindung wird zweckmäßigerweise
eine Vorrichtung verwendet, die aus einer Verbrennungskammer mit Zuführungsorganen
für fein verteiltes kohlenstoffhaltiges Material, Luft und Brennstoff besteht und
bei der die ein Gemisch dieser Stoffe in die Verbrennungskammer einführenden Brenner
so angeordnet sind, daß die Flamme eines jeden Brenners sich mit der anderen oder
den benachbarten Flammen vermischt.
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Im nachstehenden ist unter Bezugnahme auf die Zeichnung eine beispielsweise
Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Es zeigt Fig. i einen schematischen senkrechten
Schnitt durch die Vorrichtung und Fig.2 einen Querschnitt durch die Verbrennungskammer
gemäß Linie 2-2 in Fig. i. Die Vorrichtung besitzt eine zylindrische Verbrennungskammer
i i, deren Wände mit feuerfestem Material ausgekleidet sind und die in der Nähe
ihres oberen Endes 14 radial angeordnete Brenner oder Einführungsdüsen 13 besitzt.
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Das feuerbeständige Futter 12 kann vorteilhafterweise aus einem Stoff
bestehen, der soweit als möglich gegen die Einwirkung der gewöhnlich in kohlehaltigen
Stoffen, z. B. Steinkohle, vorhandenen Aschenbestandteile beständig ist. Hochinerte
Stoffe, z. B. Chromoxyd, haben sich als zweckmäßig erwiesen. Die Brenner 13 sind
in zwei Paaren angeordnet; die Zufuhr zu dem einen Paar erfolgt durch Verbindungsarme
33 von einem Rohr ";4 und zu dem anderen Paar durch Verbin-,:rlungsarme 35 von einem
Rohr 36. Die Verbi@idungsarme 33 und 35 vereinigen sich in Y-Stutzen mit den Rohren
34 und 36, so daß die Gase gleichmäßig auf die beiden Brenner verteilt werden. Die
Rohre 34 und 36 sind symmetrisch und vereinigen sich in einem Y-Stutzen 37 mit dem
Zuführrohr 38, das an den Injektor 39 angeschlossen ist. In dem Inj ektor 39 ist
eine Luftdüse 4o vorgesehen, die vorerwärmte Luft unter Druck in das Rohr 38 zuführt.
Ferner ist hier ein Abflußrohr 41 vorgesehen, das zur Einführung einer Mischung
aus Steinkohlengas und pulverisierter bituminöser Kohle dient. Die pulverisierte
bituminöse Kohle ist in einem Trichter 16 untergebracht und wird von dort durch
eine Förderschnecke 17 in eine Kammer 15 gebracht, in die ein Gaszuführungsrohr
i9 mündet.
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Die Luftdüse 4o zieht die bituminöse Kohle und das Kohlengas durch
den Injektor 39 und mischt diese mit Luft. Die Mischung wird sodann in das Rohr
38 gebracht und von hier durch die Y-Stücke gleichmäßig auf die vier Brenner 13
verteilt.
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Die Brenner 13 sind derart angeordnet, daß die von ihnen stammenden
Flammen in der Mitte des oberen Teiles der Verbrennungskammer i i oberhalb eines
ringförmigen Halsteiles 14 der feuerfesten Auskleidung zusammentreffen. Diese wird
dadurch während des Verfahrens hochglühend und dient zur Erhöhung des Verbrennungsgrades.
Die in der Mitte der Verbrennungskammer zusammentreffenden Flammen schaffen eine
Zone von- intensiver Bewegung und heftiger Verbrennung. Infolge der kreisförmigen
Gestalt der Verbrennungskammer reflektieren die Wände den Höchstbetrag von Strahlungshitze
auf die Gase in dieser Zone; desgleichen reflektiert auch der ringförmige Halsteil
14 die Hitze.
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Die Düsen oder Brenner 13 sind sämtlich mit vielfach gelochten Öffnungen
versehen, die die aus den Brennern heraustretenden Gase in eine Anzahl Strahlen
unterteilen und dadurch in jeder Flamme die Zone von und erbranntem Gas verkleinern.
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Der untere Teil der Verbrennungskammer i i, der dem Rauminhalt nach
ihren größeren Teil bildet, dient zur Aufnahme der sich herabsenkenden aktivierten
Stoffe und Gase und zu deren Erhaltung auf einer erhöhten Temperatur, die jedoch
geringer ist als die der Flammen der Brenner 13. Hierdurch wird eine weitere Aktivierung
der durch die plötzliche Zersetzung bereits porös gemachten und
aktivierten
Stoffe erreicht. Erforderlichenfalls können zur Verringerung der Temperatur im unteren
Teil der Verbrennungskammer z i durch die Rohre 25 Kühlgase eingeführt werden.
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Die aktivierten Stoffe und Gase werden abwärts durch ein Wärmeaustauschrohr
2i geführt, durch dessen äußeren Teil von einem Ventilator 22 Luft hindurchgeleitet
wird. Die so vorgewärmte Luft wird bei einer Temperatur von etwa 35o° in ein Rohr
18 geleitet. Dieses Rohr 18 führt die vorgewärmte Luft zu der Düse 4.o des Injektors
39.
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Die teilweise gekühlten Gase und kohlehaltigen Stoffe von der Kammer
i i werden dann in einen Waschturm 23 gebracht und dort von einer Brause .15 mit
Wasser besprüht, das über zerkleinerte Füllstoffe herabläuft und die in den aufsteigenden
Gasen suspendierte Kohle mit sich herabführt. Die kohlehaltigen Stoffe werden am
Boden des Turmes 23 gesammelt, und die Gase gehen durch das Abzugsrohr 24. ab. Das
Wasser im Turm 23 wird zweckmäßigerweise leicht angesäuert, um die säurelöslichen
Bestandteile der Kohle zu entfernen. Die Gase besitzen einen beträchtlichen Heizwert
und können als Brennstoff für beliebige Zwecke benutzt werden.
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Der Kohlerückstand kann aus dem Turm 23 zur Filteranlage gepumpt und
gewaschen werden.
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Die zu den Brennern 13 zugeführte Luftmenge ist natürlich zur Verbrennung
der durch das Rohr i9 zugeführten Gase ausreichend; sie reicht jedoch nicht zur
vollständigen Verbrennung der kohlenstoffhaltigen Ausgangsstoffe. Ein geringer Überschuß
an Luft kann zur Verbrennung der von den kohlenstoffhaltigen Ausgangsstoffen entwickelten
flüchtigen Stoffe eingeführt werden. Eine Verbrennung der festen Stoffe selbst soll
aber vermieden werden.
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In einer Anlage von halbtechnischem Umfange wurden stündlich
22,6 cbm Leuchtgas zusammen mit 18,1 kg pulverförmiger Kohle eingeblasen.
Die Kohle wurde in den Injektor mittels einer Förderschnecke eingeführt. In den
Injektor wurde ferner auf etwa 300° vorerhitzte Luft unter einem Druck von annähernd
0,2i kg/cm' eingeführt. Die Mischung wurde der hohen Verkohlungstemperatur von annähernd
i4oo° für eine äußerst kurze Zeitdauer von etwa 1/.,o Sekunde ausgesetzt. Die ganze
Carbonisierung und Aktivierung einschließlich der Behandlung in dem unteren Teil
der Retorte bei einer geringeren Temperatur wurde etwa in i Sekunde beendet.
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Es ergab sich, daß die mit diesem Verfahren gewonnene Kohle flockig
und porös ist und daß sie äußerst gute Filtereigenschaften, jedoch keine Neigung
zum Zusammenbacken besitzt.
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Der bei diesem Verfahren erzeugte Wärmeüberschuß kann v orteilhafterweise
mit Hilfe von Wärmeaustauschvorrichtungen für nachfolgende Heiz- und Trockenvorgänge
verwendet werden.