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Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von aktiver Kohle Die Erzeugung
aktiver Kohle aus kohlenstoffhaltigen Stoffen mittels aktivierender Dämpfe und Gase
bei hohen Temperaturen ist bekannt.
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Diese Verfahren beruhen meistens darauf, daß Wasserdampf mit kohlenstoffhaltigem
Aktivierungsgut unter Bildung von Wasserstoff und Kohlenoxyd bzw. Kohlensäure reagiert
oder daß Kohlensäure mit Kohlenstoff zu Kohlenoxyd umgesetzt wird. Da die Reaktionen
endotherm sind, werden in den meisten Fällen die zur Durchführung des Prozesses
erforderlichen Wärmeniengen auf indirekte Weise durch Heizwände hindurch zugeführt.
Es gibt aber auch Verfahren, bei denen das kohlenstoffhaltige Aktivierungsgut unmittelbar
mit Verbrennungsgasen in Berührung gebracht wird.
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Das Verfahren nach der Erfindung besteht darin, daß innerhalb vorzugsweise
zylindrischer Reaktionsräume, deren Durchmesser größer als ihre zylindrische Höhe
ist, in dünner Schicht ausgebreitetes körniges oder pulvriges, kohlenstoffhaltigesAktivierungsgut
auf einer in Ruhe befindlichen horizontalen Unterlage durch mechanische Mittel bewegt
und gemischt wird, wobei heiße, aktivierende Dämpfe und Gase, wie Wasserdampf und
Kohlensäure, sowie brennbare, bei der Aktivierung sich bildende Reaktionsgase, wie
Kohlenoxyd und Wasserstoff, nebst inerten Gasen als turbulenterGasstrom dieOberfläche
des Aktivierun 'gsgutes bestreichen. -
In den oberen Teil -des Reaktionsraumes
wird Luft oder Sauerstoff, allein oder im Ge-
misch mit aktivierenden Dämpfen
und Gasen, durch eine große Anzahl kleiner öffnungen intensiv derart eingeblasen,
daß der Sauerstoff mit den brennbaren Reaktionsgasen unter Wärmeentwicklung, mit
kurzen, umgekehrten Flammen, zu aktivierenden Dämpfen und Gasen verbrennt und eine
Berührung zwischen dem Sauerstoff und dem Aktivierungsgut praktisch verhindert wird.
Die in den Reaktionsraum eintretenden Gasstrahlen haben eine das kohlenstoffhaltige
Aktivierungsgut nicht beaufschlagende Ausströmrichtung und sind zur Oberfläche des
kohlenstoffhaltigen Aktivierungsgutes parallel oder schräg nach oben und tangential
zur zylindrischen Wand des Reaktionsraumes gerichtet. Durch die lebendige Kraft
dieser Gasstrahl#en wird die
in dem gaser-füllten Teil des Reaktionsraumes
befindliche Gasatmosphäre über dem kohlenstoffhaltigen Aktivierungsgut in eine turbulente
Kreisbewegung versetzt, so daß die Reaktion zwischen den aktivierenden DämpfeW und
Gasen und dem Aktivierungsgut -b-t#' schleunigt wird, wobei brennbare Reaktionsgase,
wie H, und CO, unter Wärmebindung entstehen.
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Als Rohstoffe werden verwendet: Sägespäne, Holz, Braunkohle, Torf,
Anthrazit, Fruchtkerne oder Fruchtschalen u. dgl. sowie die Verkohlungsprodukte
dieser Stoffe.
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Gemäß der Erfindung werden die unverkohlten, kohlenstoffhaltigen Stoffe
in die Vorrichtung so eingeführt, daß sie im Gegenstrom zu den im Reaktionsraum
entstehenden heißen Reaktionsgasen geleitet werden.
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Hierbei findet eine Trocknung, Schwelung, Entgasung und Erwärmung
der kohlenstoffhaltigen Stoffe auf hohe Temperatur statt, so daß diese im verkokten
und hocherwärmten Zustande in den Reaktionsraum eintreten. Auf dem Wege, den die
kohlenstoffhaltigen Stoffe im Gegenstrom zu den heißen Reaktionsgasen vollführen,
werden ihre Destillationsprodukte frei und streichen mit dem Reaktionsgasgemisch
nach der Kondensationsanlage.
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Falls verkokte kohlenstoffhaltige Produkte verwendet werden, so werden
diese ebenfalls im Gegenstrom zu den heißen Reaktionsgasen unter ständiger Durchrührung
in die Apparatur eingeführt, wobei eine Trocknung, Entgasung und Vorwärmung vor
Eintritt in den Reaktionsraum erfolgt.
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Die Luft bzw. der Sauerstoff sowie die aktivierenden Dämpfe und Gase
werden zweckmäßig heiß eingeführt. Die Erwärmung derselben kann teils durch direkte
Beheizung in Wärmeaustauschern, teils durch die fühlbare Wärme der abstreichenden
heißen Reaktionsgase erfolgen.
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Das Aktivierungsgut, das eine Temperatur von z. B. 8oo bis ioool aufweist,
und die aktivierenden Dämpfe und Gase, deren Temperatur z. B. um ioo bis 2-oo
' höher liegt, reagieren miteinander in der Art, daß sich der Wasserdampf
unddie Kohlensäure mit einem Teil des Kohlenstoffes des Aktivierungsgutes nach folgenden
Gleichungen umsetzen:
| 1-120 -#- C = CO + H, - 28 ooo Kal. |
| 2H20+C=CO,+2H,-i8oooKal. I. |
| CO, +C=2co - 39 ooo Kal. |
Diese sich nebeneinander abspielenden Prozesse sind endotherm. Es entstehen Reaktionsgase,
wie Kohlenoxyd und Wasserstoff.
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Der Sauerstoff bzw. die Luft wird so eingeführt, daß er sich mit den
gebildeten Reaktionsgasen umsetzt, ohne jedoch mit dem
Ak-
tivierungsgut in
Berührung zu kommen. Der Sauerstoff verbrennt mit den Reaktionsgasen nach folgenden
Gleichungen:
| CO + 0 CO2 + 68 ooo Kal. |
| 1-12 + 0 H2 0 + 57 6oo Kal. |
Diese Reaktionen sind exotherm.
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Es entstehen also Kohlensäure undWasserdampf, die mit dem Aktivierungsgut
wiederum in Reaktion treten, so daß sich.der Vorgang wiederholt und eine dauernde
Wechselwirkung'zwischen dem Aktivierungsgut, den aktivierenden Dämpfen und Gasen,
den gebildeten Reaktionsgasen und dem Sauerstoff der Luft stattfindet, ohne daß
das Aktivierungsgut mit dem Sauerstoff in unmittelbare Berührting kommt.
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Man erreicht dies dadurch, daß die Luft in feiner Verteilung durch
eine große Anzahl kleiner Öffnungen in den oberhalb des Aktivierungsgutes befindlichen
Reaktionsraum so eingeleitet wird, daß sie mit den Reaktionsgasen in umgekehrter
Flamme verbrennt. Da die Reaktionsgase im überschuß vorhanden sind, verbrennt der
Sauerstoff der Luft in einer Atmosphäre von brennbaren Gasen.
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DiegebildetenVerbrennungsgase(H20,CO2) kohnnen mit dem Aktivierungsgut
dauernd wieder in Berührung und werden ständig zu brennbaren Reaktionsgasen umgesetzt,
Da bei den Umsetzungen II die Wärmeentwicklung größer ist als die für die Umsetzungen
1 benötigten Wärmernengen, wird auf diese Weise die für die Umsetzungen I
erforderliche Wärmemenge geliefert.
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Von besonderer Bedeutung ist die Vorbehandlung der kohlenstoffhaltigen
Stoffe in den Trocken-, Schwel-, Entgasungs- und Erhitzungsetagen, durch die die
Rohstoffe vor Eintritt in den Reaktionsraum bewegt werden.
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Da die ständig bewegten Stoffe im heißen Gegengasstrom in sehr kurzer
Zeit geschwelt und entgast werden, wird der Teer vollständiger als bei normalen
Schwel- bzw. Verkokungsverfahren ausgetrieben, so daß der Anfall an Teer und Ölen
größer ist und der Anfall an verkoktem Aktivierungsgut kleiner.
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Der geringere Anfall von verkoktem, kohlenstoffhaltigeni Aktivierungsgut
ist darauf zurückzuführen, daß in diesem praktisch keine Krackerzeugnisse des Teeres
in Form von Kohlenstoff, der für die Aktivierung ungünstig ist, enthalten, sind.
Außerdem gelangt das Aktivierungsgut unmittelbar im heißen Zustande in den Retaktionsraum,
wodurch vermieden wird, daß es sich mit Sauerstoff anreichert, was insbesondere
bei Verwendung von Holz oder Sägespänen vorteilhaft ist.
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Es wird so- eine aktive Kohle von sehr geringem Litergewicht gewonnen,
die eine über das normale Maß gute Filtrierfähigkeit hat
u nd auch
im Innern des Koriies eine sehr hohe Aktivität aufweist.
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Eine Ausführungsform eiAer Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens
' nach der Erfindung ist in den Fig. i bis 3 dargestellt.
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Fig. i zeigt einen Ofen im Querschnitt. Fig. 2 ist ein Schnitt nach
Linie A-B von Fig. i.
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Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch den keaktionsraum des Ofens
bruchstückweise. Fig. i stellt einen mehretagigen Ofen dar, wie er im allgemeinen
für Röstzwecke bekannt ist. Die kohlenstoffhaltigen Stoffe werden bei i in geregelten
Mengen -in die oberste Etage 4 eingeführt. Eine hohle Ofenwelle 2 und hohle Rührarme
3, die mit Krählern versehen sind, sorgen für ständige Bewegung und Wendung
der Stoffe, so daß diese durch alle Etagen des Ofens von oben nach unten bewegt
werden und von Etage zu Etage, z. B. über Rutschen, gleiten, um Staubbildung zu
vermeiden. In der obersten Etage 4 findet eine Trocknung statt, in der zweiten Etage
5 wird das Gut geschwelt und entgast, in der dritten Etage 6 findet
eine restlose! Entgasung und eine Erwärm'ung der kohlenstoffhaltigen Stoffe auf
hohe Temperatur statt.
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7 ist der eigentliche Reaktionsraum, in den Luft oder Sauerstoff
und die aktivierenden Dämpfe und Gase, z. B. Wasserdampf, Kohlensäure, eingeleitet
werden. In der untersten Etage 8, dem Glührauni, kann ein Nachglühen der
Aktivkohle stattfinden, die den Ofen durch die Auslässe 9 verläßt.
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Der Glühraum 8 wird durch den heißen Boden des Reaktionsraumes
7 auf hoher Temperatur gehalten; es besteht aber auch die Möglichkeit, den
Boden des dlühraumes 8
indirekt durch unter demselben befindliche Heizräume
zu beheizen.
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Die Anzahl der Etagen kann beliebig sein. Die beschriebene Unterteilung
erfolgt lediglich zür Klarstellung der sich nacheinander vollziehenden Vorgänge.
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Die Luft oder der Sauerstoff und die aktivierenden Dämpfe und Gase
treten bei io in ein innerhalb der hohlen Ofenwelle:2 gelager. tes Rohr ii ein und
durchströmen die hohlen Rührarrne der Etage 4, 5 und 6 in der Art,
daß sie mittels - innerhalb der Rührarine gelagerter Rohre 12 bis an das
äußere Ende derselben geleitet werden. Sie gelangen auf dem Rückwege durch die Ringräume,
die von den hohlen Rührarmen 3 und den innenliegenden Rohren 12 gebildet
werden, in den äußeren Ringraum der hohlen Ofenwelle 13. Hierbei findet eine
hohe Vorerwärmung der Luft und der aktivierenden Dämpfe und Gase statt, die zweckmäßig
außerdem außerhalb des Ofens durch bekannte Mittel vorgewärmt werden können. Die
Vorwärmung der Luft und der aktivierenden Dämpfe und Gäse außerhalb des Ofens hat
insbesondere dann zu erfolgen, wenn die kohlenstoffhaltigen Stoffe einen hohen Wassergehalt
haben.
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Die hoch vorgewärmte Luft und die aktivierenden Dämpfe und Gase gelangen
in die hohlen Rührarme 3 des Reaktionsraumes 7.
Diese hohlen Rührarme
sind mit feinen Öff-
nungen 14 versehen, die innerhalb des Reaktionsraumes
7 entweder in horizontaler oder schräg nach oben gerichteter Richtung in
den gaserfüllten Teil des Reaktionsraumes 7 und tangential zur zylindrischen
Wand desselben einmünden. -
Die Luft und die aktivierenden Dämpfe und Gase
strömen in scharfen, fein verteilten Strahlen, wie die Fig. 2 und 3 zeigen,
in den gaserfüllten Teil des Reaktionsraumes ein, wodurch die in diesem befindliche
Atmosphäre in eine rasch kreisende Bewegung versetzt wird. Es findet hierbei eine
Verbrennung des Sauerstoffes mit den im Reaktionsraum be-
findlichen brennbaren
Reaktionsprodukten unter starker Wärmeentwicklung statt. Die in vielen feinen Strahlen
eingeleitete Luft verbrennt, wie an einer ausgeführten Anlage deutlich zu erkennen
ist, mit kurzen spitzen Flammen, so daß eine direkte Berührung des Sauerstoffes
mit dem kohlenstoffhaltigen Aktivierungsgut nicht erfolgen kann.
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Die Verbrennungsgase der Luft mit den brennbaren Reaktionsprodukten,
die aktivierende Gase und Dämpfe sind, reagieren, wie bereits beschrieben ist, mit
dem sich im Reaktionsraum unter ständigem Rühren ge,-lagerten kohlenstoffhaltigen
Aktivierungsgut unter Wärmebindung, -,vobei letzteres durch die zwischen den Reaktionsgasen
und diesen herrschende Teinperaturdifferefiz ständig auf der erforderlichen Reaktionstemperatur
gehalten wird.
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Das aktivierte Produkt gelangt dann in den Glühraum 8, in dem
dieses noch einige Zeit zwecks Erhöhung der Aktivität nachgeglüht wird. Das fertige
Produkt verläßt den Ofen durch die Auslässe g.
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Die im Reaktionsraum 7 und den darüberliegenden Etagen
6 und 5 entstehenden Gase haben bei Verwendung von Luft und Wasserdampf
eine Zusammensetzung ähnlich dem Generatorgas und bei Verwendung von Sauerstoff
und Wasserdampf eine solche ähnlich dem Wassergas. Die Reaktionsgase durchstreichen
in der Richtung von unten nach oben alle Etagen, wobei in der heißen Etage
6
noch eine weitere Umsetzung der vorhandenen Kohlensäure und des Wasserdampfes
zu CO
und H, erfolgt, und im weiteren Verlaufe dient die fühlbare Wärme derselben
zur Erwärmung der kohlenstoffhaltigen Stoffe, zur Entgasung, Schwelung und Trocknung
derselben.
Das mit den Schwelprodukten der Stoffe angereicherte
Gas verläßt den Ofen bei 15 und gelangt von hier in eine Kondensations- bzw. Absorptionsanlage
bekannter Ausführung, um die bei der Schwelung entstandenen kondensierbaren Erzeugnisse
zu gewinnen. Hinter der Kondensationsanlage entweicht ein Gas von der Beschaffenheit
eines guten Generatorgases oder Wassergases.
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Durch die den Reaktionsraum verlassenden, heißen Reaktionsgase erfolgt
in den Etagen 6,
5 und 4 aber außerdem eine weitgehende Erwärmung der
Luft und der aktivierenden Dämpfe und Gase infolge indirekter Wärmeübertragung durch
die hohlen Rühranne 3,
wobei sich die Reaktionsgase abkühlen. Der Umstand,
daß die durch die Rührarme 3 eingeleitete Luft und die aktivierenden Dämpfe
und Gase eine weitgehendere Temperatursenkung der Reaktionsgase bewirken, als dies
durch die kohlenstoffhaItigen Stoffe allein möglich ist, bewirkt, daß die Reaktionsgase
in die Schweletage 5 bereits mit einer so weit gesenkten Temperatur eintreten,
daß eine Zerstörung der Destillationsprodukte nicht erfolgt und hierdurch eine wesentlich
größere Ausbeute erzielt wird.
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Durch die Verwendungsmöglichkeit von billigen Rohstoffen in körniger
oder staubförmiger Form sowie durch die Gewinnung eines Nutzgases und anderer wertvoller
Erzeugnisse bietet das neue Verfahren wirtschaftlich große Vorteile, insbesondere
da der Prozeß sich thermisch selbst erhält und die Verwendung von Heizmitteln außerhalb
oder innerhalb der Anlage nicht benötigt wird.