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Vorrichtung zur Aktivierung von kohlehaltigen Stoffen durch Gase Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zur Aktivierung von kohlehaltigen
Stoffen in fein verteiltem Zustand durch Gase.
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Es sind bereits Aktivierungsvorrichtungen bekannt, in denen das zu
aktivierende Material über Rutschbahnen herabgleitet, die aus übereinander angeordneten
Gleitflächen bestehen, welche ,abwechselnd in entgegengesetzter Richtung zueinander
geneigt sind, über die das zu ,aktivierende Material durch sein Eigengewicht in
dünnen Schichten von oben nach unten herabrutscht (britische Patentschrift 228812,
französische Patentschrift 61o042).
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Demgegenüber unterscheidet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch,
daß in dem Aktivierungsofen eine Mehrzahl von aus übereinander angeordneten Gleitflächen
bestehenden Rutschbahnen nebeneinander angeordnet ist, zwischen denen die Aktivierungsgase
hindurchgeleitet werden, so daß die Gasströme abwechselnd die obere und dann die
untere Fläche jeder Kohlenstoffschicht berühren, ohne sie zu durchbrechen: Zweckmäßig
besteht die Vorrichtung aus Einzelelementen in der Weise, daß jedes Element eine
geneigte Fläche und an den schrägen Seitenkanten je einen Z-förmigen Träger aufweist,
dessen obere und untere Flächen das Aufschichten der Einzelelemente gestatten.
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Die Vorrichtung hat folgende allgemeine Eigenschaften: _ i. Die oberflächlich
durchgeführte Aktivierung der Kohlenschichten ist sehr gleichmäßig, da die sinusförmige
Abwärtsbewegung der Kohle in der aktivierenden Gasschicht eine wirksame Durchwirbelung
der letzteren bewirkt, wodurcn die Kohle mit den Gasen in innigster Berührung gehalten
wird. Erst hierdurch läßt sich eine fast quantitative, der theoretischen Gleichgewichtsspannung
etwa entsprechende Umsetzung des Wasserdampfes erreichen.
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2. Durch die besonders ausgebildeten Teile können außerordentlich
große, freie Kohlenoberflächen, d. h. Reaktionsflächen, erbalten werden, die sich
sonst nicht erhalten lassen. Die Wirksamkeit solcher Aktivierungsöfen ist der entwickelten
Reaktionsfläche direkt proportional. Um den hohen praktischen Wert des Verfahrens
zu zeigen, genügt die Angabe, daß man mit feuerfesten Platten von normaler Wandstärke
eine Reaktionsfläche von mehr als 8 qm je Kubikmeter des aktivierenden Aufschichtungsvolumens
erhalten kann. .
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3. Dadurch, daß die Gase die Kohlenschicht nicht durchbrechen, wird
diese gleichmäßig
aktiviert. Dieses ist darauf zurückzuführen,
daß, wenn ein auf goo' überhitzter Dampfstrom in eine Kohlenschicht eindringt, wegen
der großen Schnelligkeit der Reaktionen bei der Wassergasbildung auf der Eintrittsente
eine fast gänzliche Zerstörung der Kohle stattfindet, während die Kohle auf der
Austrittsente fast unverändert bleibt.
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q.. Die Durchströmung des Gases geschieht fast ohne Widerstand, so
daß es möglich ist, den Gasumlauf fast ohne Druckerhöhungsvorrichtungen zu bewirken.
Bei den bekannten Arbeitsverfahren ist es wegen des erforderlichen hohen Gasdruckes
nicht möglich, gewöhnliche feuerfeste Retorten zu verwenden, da diese nicht genügend
gasdicht sind.
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Einige Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt,
und zwar zeigt Fig. r ein feuerfestes Einzelelement, Fig.2 eine Aufschichtung von
Elementen nach Fig. i im Längsschnitt, Fig.3 ein feuerfestes Element mit mehreren
geneigten Platten im Querschnitt, Fig. ¢ einen Längsschnitt durch den Aktivierungsofen,
' Fig.5 einen lotrechten Schnitt nach A-A der Fig. q., Fig. 6 einen waagerechten
Schnitt nach B-B der Fig. q., Fig. 7 eine andere Ausführungsform eines Einzelelementes,
' Fig. 8 eine schematische Aufschichtung von Elementen nach Fig. i im lotrechten
Schnitt. Das Element nach Fig. i besteht im wesentlichen aus einer Platte i, die
mit zwei Z-förmigen Seitenhaltern 2, 2' fest verbunden ist. Die Neigung der Platte
gegenüber den beiden Trägern ist zweckmäßig im wesentlichen gleich oder größer als
der Böschungswinkel des zu behandelnden kohlehaltigen Stoffes. Die Halter 2, 2'
besitzen vorspringende Ränder 3, 3', die mit der Platte eine Rutschbahn bilden und
dazu dienen, das seitliche Abfallen des kohlehaltigen Stoffes zu verhindern.
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Fig.2 zeigt einen Querschnitt durch .eine Aufschichtung von Elementen.
Die Elemente einer Reihe besitzen Platten, die i11 der einen Richtung geneigt sind,
während die Anordnung der Elemente der darüber bzw. darunter befindlichen Reihe
eine solche ist, daß ihre Platten eine entgegengesetzte Neigung haben. Andererseits
sind die Elemente einer Reihe gegenüber den Elementen der beiden benachbarten Reihen
derart versetzt, daß der kohlehaltige StoffA-1 durch sein Eigengewicht in der Weise
wandern kann, daß er von einer Platte auf die nächst untere Platte gleichmäßig herunterrutscht
und die Platten mit einer dünnen Schicht belegt, die nur dann abfließt, wenn sie
unten abgenommen wird. Durch aufeinanderfolgende Lagen aus feuerfesten Elementen
wird also eine zickzackförmige Rutschbahn von beliebiger Höhe erhalten. Diese Aufschichtungen
bilden andererseits auf- bzw. absteigende zickzackförmige Kanäle, in welchen die
Aktivierungsgase in der durch die Pfeile angrgehenen Weise striimen können.
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Fig.3 zeigt ein Element, bei dem die Halter, die hier mit 5, 5' bezeichnet
und länger als die vorgeschriebenen sind. mehrere geneigte Platten i tragen. Die
vorspringenden Teile 6, 6' dieser Halter bilden zusammen mit den Platten Rutschbahnen
für den kohlehaltigen Stoff. Die :lufscliiclittingen dieser Elemente erfolgen in
ganz ähnlicher Weis:. wie oben beschrieben.
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Der Aktivicrungsofen nach Fig..1 bis 6 besteht im wesentlichen aus
einem Arbeitsherd F, der durch eine Mittelwand in in zwei Teile getrennt wird, neben
welchen zwei Wiirmerekuperatoren R" R_ angeordnet sind. Der Arbeitsherd ist mit
einer Elementaufschichtung gefüllt, wie oben beschrieben, während die Rekuperatoren
in bekannter Weise mit feuerfesten Steinen gefüllt sind. Der obere Teil. ri, t:=
der Rekuperatoren, in dem keine feuerfesten Steine enthalten sind, dient als Verbrennunäsraum;
dieser Verbrennungsraum ist durch Rauchkanäle il bzw. i., mit je einem der beiden
Teile des durch die Zwischenwand in getrennten Ar beitslierdes verbunden. Die Zwischenwand
m ist unten unterbrochen. Die Räume r1, r. sind mit Leitungen ttl, rt_. versehen,
durch die die Einführung von Luft erfolgt.
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Im unteren Teil der Rekuperatoren sind einerseits Rauchzüge für die
Abführung der verbrannten Gase, und zwar durch Schieber v1, v., gesteuerte . Rauchzüge
Cl, C., und andererseits Leitungen C3, C., vorgesehen, durch die die Einführung
von Wasserdampf in den unteren Teil der Relctiperatoreii ermöglicht wird.
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Die vorher z. B. durch Zerkleinern fein verteilte Kohle bzw. der kohlehaltige
Stoff wird in den im oberen Teil des Arbeitsherdes des Ofens angeordneten Fülltrichter
e eingetragen; der zu behandelnde kohlehaltige Stoff verteilt sich nach seinem Böschungswinkel
Iris zum unteren Teil der Aufschichtung, wo er durch eine geeignete Vorrichtung
absatzweise oder ununterbrochen abgeführt und in einem Löschtrichter i gesammelt
«erden kann.
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Die Arbeitsweise ist folgende.
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Die zu aktivierende Kohle wird zunächst in den Ofen eingetragen, worauf
die Rekuperatoren R" R_ und der Arbeitsherd des Ofens durch nicht dargestellte,
im oberen Teil der
Rekuperatoren angeordnete Hilfsbrenner bis auf
etwa iooo° vorgewärmt werden; alsdann wird die Hilfsvorwärmung unterbrochen bzw.
stark vermindert, worauf der Ofen durch Versendung der durch die Aktivierung erzeugten
brennbaren Gase geheizt wird. Zu diesem Zweck werden die Schieber v, und ui des
Rekuperators R1 geschlossen und der Dampfschieber W1 geöffnet; andererseits werden
die Schieber v.-, und tt, des Rekuperators R2 geöffnet, während der Dampfschieber
W@ geschlossen wird. Der Dampf wird durch seinen Durchgang durch den Rekuperator
R1 bis zur Erreichung von etwa iooo° überhitzt, worauf er in den Raum r, eintritt
und durch eine Üffnung i, in die Aufschichtung des Arbeitsherdes des Ofens gelangt;
der Dampf strömt zunächst in -waagerechter Richtung unter jeder Platte der ersten
Aufschichtungslage, dann in lotrechter Richtung nach unten in der durch die Pfeile
angedeuteten Weise. Alsdann strömt der Dampf unter der Scheidewand m hindurch und
folgt im zweiten Teil des Arbeitsherdes einem aufsteigenden Weg, durch welchen er
in den Raum r2 gelangt.
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Es ist zu bemerken, daß der Dampf während seines-Durchgangs durch
den Arbeitsherd in lotrechter Richtung parallel zu den Kohlenschichten, und zwar
einmal in gleicher und dann in entgegengesetzter Richtung strömt; eine gleiche Kohlenschicht,
die längs der Aufschichtung herunterrutscht, steht also abwechselnd auf jeder ihrer
Seiten in unmittelbarer Berührung mit dem aktivierenden Gas, und zwar hier Wasserdampf,
wodurch eine große Gleichmäßigkeit in der Aktivierung der Kohle gewährleistet wird.
Der Wasserdampf wird hierbei in Wassergas umgesetzt, und im Verbrennungsraum r2
ist das T engen ' vierhältnis des im Gemisch enthaltenen brennbaren Gases
ein sehr hohes, wobei dieses Mengenverhältnis im wesentlichen einen solchen Wert
erreichen kann, daß es der Gleichgewichtsspannung der Reaktion entspricht.
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Durch den Schieber a, wird Luft in erforderlicher Menge eingeführt.
Diese Luft bewirkt die Verbrennung des Gemisches Verbrennungsgas und Wasserdampf;
die Verbrennungsgase, die eine hohe Temperatur (ungefähr 120o°) besitzen, strömen
nach unten in den Rekuperator R2, wo sie bei ihrer Berührung mit den -wärmeaufnehmenden
Massen der Aufschichtung einen großen Teil ihrer «lärme abgeben; schließlich entweichen
sie durch den Fuchs C;,> nach dem Schornstein. Nach einer gewissen Zeit wird der
Rekuperator R2 auf eine hohe Temperatur gebracht. Es genügt dann, die beiden Rekuperatoren
dadurch umzuschalten, daß man alle Schieber, die beim vorhergehenden Arbeitsgang
geschlossen bzw. offen waren, öffnet bzw. schließt. Die Vorrichtung arbeitet dann
in entgegengesetzter Richtung in gleicher Weise, wie oben beschrieben. Der Arbeitskreislauf
wiederholt sich im Wechsel sooft als nötig.
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In gewissen Fällen kann es zweckmäßig sein, verbrannte Gase und aktivierende
Gase gleichzeitig in den Arbeitsherd des Ofens einzuführen. Zu - diesem Zweck wird
ein Teil der aus einem Rekuperator tretenden.Verbrennungsgase entweder in einen
anderen Rekuperator oder in den Arbeitsherd des Ofens wieder eingeführt, vorausgesetzt
jedoch, daß die genannten Verbrennungsgase stets frei von überschüssiger Luft sind.
Durch die Aufschichtungsanordnung nach der Erfindung wird diese Arbeit besonders
erleichtert und die Möglichkeit gegeben, sie wegen der Abwesenheit eines Druckverlustes
mittels eines einfachen Injektors durchzuführen.
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Der oben, beschriebene Ofen kann sowohl für die Regenerierung von
verbrauchter Aktivkohle als auch für die Herstellung von aktiver Kohle aus beliebigen,
gegebenenfalls granulierten kohlehaltigen Stoffen verwendet werden, wobei die Anordnung
und die Elemente für die Aufschichtung in den öfen im Rahmen der Erfindung abgeändert
werden können.
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Fig.7 zeigt eine andere Ausführungsform von feuerfesten Elementen
mit einer geneigten Platte i, die mit zwei Haltern 2, 2' fest verbunden ist, welche
im Profil Z-förmig ausgebildet und unten durch ein Plättchen 7 miteinander verbunden
sind. Bei der .aus Fig. 8 ersichtlichen Aufschichtung, die mit der Aufschichtung
nach Fig.2 ähnlich ist', bilden-die Plättchen 7 mit den Platten i waagerechte Kanäle,
durch die im Ofeneine gegenüber der Wanderung der kohlehaltigen Stoffe quer gerichtete
Gasströmung bewirkt werden kann; es versteht sich von selbst, daß dee Gasstrom durch
angeordnete Stotiwände gezwungen wird, die gesamte Aufschichtung zu überstreichen.