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Verfahren und Vorrichtung zur Aktivierung von kohlenstoffhaltigen
Stoffen Es ist bekannt, Torfkoks, Holzkohle o. dgl. dadurch zu aktivieren, daß das
Gut mit Gasen behandelt wird, welche durch _",bbraiid mittels Sauerstoffi oder durch
Vergasung mittels oxydierend wirkender Bestandteile, wie Wasserdampf und bzw. oder
Kohlensäure, einen Teil des Kohlenstoffes des zu aktivierenden Gutes abbauen. Weiter
ist bekannt, die Aktivierung in einer außen beheizten Retorte. durch welche z. B.
Wasserdampf oder sonstige oxydierend wirkende Gase geleitet :werden. auszuführen.
Hierbei werden auch die bei der _Xktivierung entstehenden Gase zur Beheizung der
Retorte herangezogen tiiiKd anschließend zum Teil durch das zti aktivierende Gut
geführt. _\ticli ist bekannt. das Gut in einem freien Sauerstoff enthaltenden X'ergasungsinittel
oder finit außerhalb oder innerhalb des Schachtofen: erhitzten endotherni oxydierend
wirkenden Vergasungsmitteln ini Gegenstrom oder ini Gleichstrom zum bewegten Gut
zu behandeln. Eine vorteilhafte Aktivierung wird, wie bekannt, dadurch erreicht,
@daß .das Gut bei nicht zu hohen :Temperaturen von endotherm oxydierend wirkenden
Gasen durchströmt wird. Der Abbau des Kohlenstoffs verläuft aber hierbei sehr langsam
:und verlangt eine .spezifisch große Menge an Vergasungsmitteln, da in den Gasen
nur eine kleine Temperaturspanne für die Durchführung der endothermen Prozesse .des
Abbaues des Kohlenstoffes durch Reduktion von M'asserdampf und bzw. oder Kohlensäure
und Erzeugung N-on Kohlenoxyd, und Kohlensäure zur Verfügung steht. Der Aufwand
für die,Gasaktivierung durch die geringe Schachtbelastung und durch die Bereitstellung
einer großen 'Menge an Gasen ist bedeutend und verteuert die :Utivierung erheblich.
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Das Verfahren der Aktivierung mit oxydierenden, jedoch keinen freien
Sauerstoff enthaltenden Gasen kann dadurch vereinfacht und verbilligt
werden,
daß die Gase nach ihrem Durchgang durch das zu aktivierende Gut durch Zumischen
von heißen, möglichst sauerstofffreien Feuergasen oder, falls sie brennbar sind,
durch Einleiten von Luft und Teilverbrennung wieder aufgeheizt und im Kreislauf
durch das zu aktivierende iGut .geschickt werden. Hierbei kann eine ,gewisse Oxydationsm.ittelmenge,
vorteilhaft Wasserdampf, jedoch kein freier Sauerstoff zugegeben werden, um den
Anteil an aktivierenden Gasen im Kreislauf ausreichend hoch zu halten. Vorteilhaft
werden die Gase nach ihrem Durchgang durch das Gut nicht gekühlt, sondern ohne Zwischenabkühlung
wieder aufgeheizt und in das Gut zurückgeschickt. Diese Maßnahme verlangt zur Kreislaufführung
der Gase ein Gebläse, welches -bei Temperaturen ;von z. B. 5oo° und darüber zu arbeiten
vermag. Die Gasaktivierung erfolgt nun erfindungsgemäß in mehreren Stufen zweckmäßig
in einem Schachtofen. Die Einwirkung der Gase auf das Gut verlangt bis zum Abklingen
der Reaktion nur eine verhältnismäßig geringe Schichthöhe des Gutes, so daß in einem
Schachtofen durch Anordnung von mehreren Übereinanderliegenden Gaszu- und -abführungen
eine große Anzahl von Aktivierungszonen geschaffen werden kann, die von den Gasen
im Kreislauf durchströmt werden. Hierbei können die Gase sämtlicher Zonen durch
ein gemeinsames Gebläse im Kreislauf gehalten werden; sie können durch eine gemeinsame
Vorrichtung aufgeheizt, aber auch unterschiedlich aufgeheizt und mit Zusätzen von
unterschiedlicher Menge Aktivierungsmitteln, z. B. Wasserdampf, Kohlensäure o. dgl.,
versehen werden. Es lassen sich in einem Schachtofen beliebig viele Zonen übereinander
mit geringem Aufwand an Mitteln anordnen, so daß der Ofen mit hoher Schachtbelastung
(Durchsatz an zu aktivierendem Gut je Quadratmeter Schachtquerschnitt) gefahren
werden kann. Eine hohe Schachtbelastung hat weiterhin den Vorteil, daß das Gut ständig
in Bewegung bleibt und dabei durch die für die Gaszu-und -abführung erforderlichen
E Einsbauten durcheinandergemischt wird, wodurch bei dem vorzugsweise kleinen Korn
des Einsatzgutes das. Auftreten von Kanälen bevorzugter Gasströmung im Gut weitgehend
verhindert wird. Die Kreislaufführung ohne Zwischenkühlung .der Gase hat ferner
den Vorteil einer sehr guten Wärmewirtschaft. Dem Gut können vor oder bei seinem
Einsatz in den Schachtofen auch noch Zusätze, z. B. Pottasche, Chlorzink, Phosphorsäure
o. dgl., zugeben werden, oder es kann besonders aufbereitet oder mit Chemikalien
behandelt und gegebenenfalls aktiviert sein. Auch ist es möglich, den kreisernden
.Gasen Chemikalien besonderer Art zuzusetzen, um eine bestimmte Wirkung der Aktivkohle
zu erreichen.
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Das Verfahren gemäß .der Erfindung sei an Hand der schematischen Abbildung
beispielsweise näher erläutert. Die Abbildung zeigt einen senkrechten, vorteilhaft
viereckigen Schachtofen, in dem das zu aktivierende Gut, z. B. Torf. Torfkoks, Holz,
Holzkohle, Braunkohle, Grude, Steinkohle, Schwelkoks,, sklerenchymatische Hölzer
oder Schalen oder alle anderen Stoffe, die für die Herstellung vors Aktiv=-kohle
herangezogen worden, von oben nach unten durch Eigengewicht bewegt wird. t stellt
die Schachtwand dar, die zweckmäßig aus Schamottesteinen mit Blechverkleidung aufgebaut
und gut gegen Wärmeverluste isoliert ist. Die Einrichtung für die Beschickung und
den Austrag des Gutes, die in bekannter Weise ausgebildet sein kann, ist fortgelassen.
In dem Schachtofen sind Reihen von Kanälen übereinander angeordnet, von denen die
Reihen 2 der Gaszuführung und die Reihen 3 der Gasabführung aus dein Gut dienen.
Die Kanäle werden vorteilhaft als Dächer ausgebildet, die unten offen sind und unter
denen die Gase entlang strömen können. Sie können aus keramischem Material selbsttragend
gebaut oder durch gekühlte eiserne Tragorgane, vorteilhaft z. B. in Form von wassergekühlten
Rohren, gehalten werden. Sie können auch vollständig aus Eisen gebaut sein und werden
zweckmäßig gekühlt, (la beiden im Schachtofen herrschenden Temperaturen (las Eisen
ungekühlt keine benül;ende Standfestigkeit aufweist. Um Wärmeverluste zu vermeiden.
werden die gekühlten Teile vorteilhaft.weitgelien(1 durch wärmedämmendes, z. B.
kerantisciies Material umkleidet. Das Gebläse 4 bewirkt die Kreislaufführung der
Gase. Diese werden aus den Dachreihen 3 durch das Gebläse d abgesaugt und über die
Heizvorrichtung 3 in die Dachreihers 2 ge(Iriickt. In -der Heizvvrricht.ung j kamt
z. 1). eine Zurnischung von heißen, ' möglichst sauerstottfreien und Feuergasen,
die in einer gesonderten Brennkammer erzeugt sind, oder, falls die Kreislaufgase
brennbar sind, z. 1). eine Zugale von Luft, die eine Teilverbrennung der Kreislaufgase
bewirkt, erfolgen. Zur Wiederanreicherung der Kreislaufgase mit Aktivierurvgsinitteln
können .vor dem Gebläse d z. B. durch die Leitung 6 oder auch z. B. vor der Einführung
der Kreislaufgase in die Dachreihen 2 durch die Leitungen 7 und 8 unterschiedliche
Mengen Wasserdampf o. 4-l. beigegeben werden. Auch eine gewünschte unterschiedliche
Temperatur der Gase bei ihrer Zuführung zu den einzelnen Dachreihen kann durch entsprechend
bemessene Zugabe von gegenüber den Kreislaufgasen kälterem Wasserdampf oder durch
Anordnen von entsprechenden Heizvorrichtungen .in den aufgeteilten Strömen zu den
einzelnen Dachreihen erreicht werden.
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Die Gase verteilen sich durch die Dachreihen 2 ,gleichmäßig auf Idas
zti aktivierende Gut und streichen von jeder 12eilie 2 aufwärts im Gegenstrom und
abwärts im Gleichstrom durch das Gut zu den benachbarten Reihert 3. Hierbei wird
der Kohlenstoff des Gutes endotherin durch Wasserdampf und Kohlensäure oxydiert,
die in den Gasen enthalten sind. Es bilden sich dabei Wasserstoff, Kohlenmonoxyd
und je nach den Gleichgewichtsbedingungen gegebenenfalls auch Kohlendioxyd. Infolge
der endothermen Reaktion kühlen sich die Gase ab, bis sie aus den Dachreihen 3 abgezogen
werden. Die Stärke der Gutschichten zwischen den Dächern 2 und 3 wird zweckmäßig
so bemessen, daß
die Reaktion beim Austritt der Gase aus der Gutschicht
praktisch oder nahezu abgeklungen ist.
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In der Abbildung sind zwei Reihen Gaszuführungen 2 und drei [Zeihen
Gasabführungen 3 gezeichnet, durch die vier Stufen gebildet werden, in Gienen die
Aktivierung des Gutes erfolgt. Der dargestellte Schachtofen weist damit eine vierfache
Leistung gegenüber einem normalen einfachen Schachtofen auf. Es können durch Anordnen
weiterer Dachreihen eine größere Anzahl Stufen in dem Schachtofen untergebracht
werden, mit denen sich die Leistung entsprechend vervielfacht. Im Verfahren entsteht
ein Gasüberschuß.
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I)ie überschüssigen Gase können vorteilhaft dazu benutzt werden, tim
(las Gut vorzuwärmen bz@w. im Spül,gasverfahren zu schwelen, um das Gut für die
Aktivierung vorzubereiten und gegebenenfalls flüssige und gasförmigeKohlen@wasserstoffeaus,dein
Ausgangsgut zu gewinnen. Die Vorwärmung und die Vorbehandlung des Gutes durch Schwelung
kann zweckmäßig im oberen Teil des Schachtofens vorgenommen und so mit Vorteil mit
der 'G,asa.ktivierung verbunden werden.
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1)er den Kreislaufgasen ständig zuzusetzende Wasserdampf wird vorteilhaft
im Unterteil des Schachtofens durch das fertig aktivierte Gut geleitet, um (las
Gut zu kühlen und sich selbst vorzuwärmen. Vorteilhaft werden die mit Kohlenwasserstoffen,
z. 73. 'Methan, angereicherten Spülgase der gegebenenfalls vorangehenden Behandlung
nicht in den Kreislauf der Gasaktivierung geführt, da die Kohlenwasserstoffe die
Aktivierung hemmen können. Sie können jedoch zweckmäßig als Brenngas für die Gewinnung
von heißen Feuergasen zur Aufheizung der Kreislaufgase Verwendung finden.
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1)as Verfahren gemäß der Erfindung kann mit guten 1?rfolg auch bei
,der Wiederbelebung von Aktivkohlen aiigeN-,-en(letwerden,(lerenA(Isorptionsverinögen
durch den Gebrauch erschöpft oder zurückgegangen ist.
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Das im Schachtofen behandelte Gut oder ein Teil desselben kann auch
noch einmal oder zwei- oder mehrmals erfindungsgemäß z. B. in demselben oder in
einem anderen zwischen zwei oder mehreren Scliaclitöfeii weiter aktiviertwerden.
Hierbei können zwisclieti den .Aktivierungen auch noch andere 'Maßnahmen, die die
Kolilenbeliand.lung betreffen, nilgeführt werden. Beispielsweise können Chemikalien
zugesetzt werden, oder es kann das Feinkorn, falls es weitgehender aktiviert ist,
ausgeschieden utid ittir (las grobe Korn der nochmaligen Aktivierung unterworfen
werden.
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Wird ein grobkörnigeres Material zur _''iktivierung verwendet, so
kann das Verfahren so verlaufen, ,(Maß nur die äußeren Schichten des Korbes ein
ausreichendes Adsorptionsvermögen erhalten. In diesem Falle wird nach einem Durchgang
durch den Ofen (las Gut derart behandelt, (Maß die fertig aktivierten Scllic'liteti
voni Korn abgetrennt, z. B. abgerieben werden. Das noch nicht vollständig aktivierte
Korn wird dann nochmals erfindungsgemäß aktiviert.
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Unter freien Sauerstoff nicht enthaltenden Aktivierungsgasen sind
uni IZalltnen der Frfitrdung auch solche Gase ,zu verstehen, die zwar noch ganz
geringe Sauerstoffgehalte tvon z. B. o,5 Klo oder weniger aufweisen. Doch sollen
die Sauerstoffgehalte so gering :bleiben, daß nennenswerte Mengen des Kohlenstoffes
des Ausgangsgutes nicht durch freien Sauerstoff verbrennen.
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Das durch das Verfahren gemäß der Erfindung gewonnene Gut .kann so
"wie es anfällt oder nach weiteren Behandlungen verwendet werden.