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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Aufschlußprodukten der
Kohle oder ähnlicher Stoffe Die Bemühungen, für die technische Verwendung geeignete
Produkte aus Kohle oder ähnlichen Stoffen durch oxydative Behandlung zu erhalten,
sind sehr alt, vgl. z. B. die Literaturzusammenstellung von Fischer und Treibs:
Abhandlung zur Kenntnis der Kohle, Bd.5, S.577 (192o). Für die Herstellung größerer
Mengen derartiger Oxydationsprodukte ist bereits vorgeschlagen worden, den Aufschluß
mit Salpetersäure unter stetigem Abfluß des in Lösung gegangenen, stetiger Zufuhr
der Salpetersäure und stetiger oder unterbrochener Zufuhr von Kohle durchzuführen.
Die bei der Oxydation frei werdenden nitrosen Gase werden im Kreislauf in den Reaktionsraum
zurückgeführt, wobei ihnen Sauerstoff oder solchen enthaltende Gase zugemischt werden,
so daß die einmal in Gang gebrachte Oxydation im wesentlichen von ständig zugeführtem
Sauerstoff bestritten wird und die Salpetersäure fast nur als Sauerstoffübertrager
wirkt.
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Die Erfindung betrifft eine nähere Ausgestaltung des oben angedeuteten
Verfahrens und besteht darin, daß man die Kohle als einen pumpfähigen Säurebrei
in den oberen Teil eines in Form eines Zylinders ausgebildeten Druckgefäßes einspritzt,
oxydierend wirkende Gase im Gegenstrom durch den Reaktionsbrei hindurchführt und
die ausoxydierten in Lösung gegangenen Produkte abzieht, während man die entweichenden
Gase unter Zumischen von frischem Sauerstoff im Kreislauf in das Druckgefäß zurückführt.
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Das Verfahren sei an Hand der Zeichnung erläutert: In einem Behälter
1 wird staubfeine Kohle mit
Salpetersäure zu einem pumpfähigen Brei
angeteigt, der einer Einspritzpumpe 2 zufließt. Diese kann ihn sowohl zwecks Homogenhaltung
im Kreis pumpen wie von oben in den Druckreaktionszylinder 3 einpressen. Die ausreagierte
Lösung wird über -ein Zwischengefäß 4 in einen Auffangbehälter 5 entspannt. Von
unten wird dem Zylinder 3 verdichteter Sauerstoff bzw. durch das Umlaufgebläse 6
wieder auf den erforderlichen Druck gebrachtes Kreislaufgas zugeführt. Dieses kann
als Kaltgas auch in verschiedenen Höhen zugegeben werden. Zwecks Beherrschung der
Wärmetönung sind am Reaktionszylinder registermäßig unterteilte, unter beliebigem
Druck zu betreibende Heiz- bzw. Kühlmäntel angebracht. Die bei der Reaktion frei
werdenden Gase gelangen, soweit der Druck es zuläßt, über einen Kühler 7 zu einem
Abstreifer 8, von wo sie dem Umlaufgebläse 6 zuströmen, das sie in das Reaktionsgefäß
zurückführt. Überschußgase gelangen durch ein Regel- bzw. Druckhalteventil 3o zu
einem Abstreifer 9 und werden von da aus zur Verarbeitung abgeleitet. Das Druckventil
3o kann zwangsläufig mit dem Eintrittsventil für Frischsauerstoff zwecks Einstellung
des richtigen Oxydationspartialdruckes verbunden werden. Sämtliche unter Druck stehende
Apparate sind über Sicherheitsventile durch Leitungen mit dem Abstreifgefäß 9 verbunden.
Für die mit Salpetersäure und nitrosen Gasen in Berührung kommenden Teile haben
sich als geeigneter Werkstoff Chrom-Nickel-Stähle, wie V 2 A und ähnliche; bewährt.
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Ein wesentlicher Vorteil für eine solche Verfahrensausgestaltung liegt
in der mit ihr verbundenen Möglichkeit der Ausnutzung der frei werdenden Reaktionswärme
zur selbständigen Aufrechterhaltung der-Reaktion. Es- kommt im Reaktionszylinder
während der Oxydation zu unterschiedlichen Erwärmungen, die für einen gut verlaufenden
Aufschluß ausgeglichen werden müssen. Zur Regelung der Reaktionstemperatur sind
daher im Reaktionszylinder die registermäßig unterteilten, zweckmäßig z. B: mit
Wasser bzw. Dampf beschickten Heiz- bzw. Kühlmäntel angebracht, die einerseits zur
Wärmezufuhr, z. B. beim Ingangbringen der Reaktion dienen,. andererseits jede gewünschte
Temperaturregelung längs des_Druckgefäßes gestatten, indem man die Wärme von Stehen
mit erhöhter Wärmeabgabe zu Stellen mit Wärmebedarf überleitet und damit die Oxydation
durch Eigenwärme in Gang hält. Darüber hinaus gestattet das neue Verfahren die Gewinnung
überschüssiger Wärme durch Verdampfen einer wärmeaufnehmenden Flüssigkeit, z. B.
Wasser. Ein Teil der frei werdenden Reaktionswärme wird von den meist kalt zuströmenden
nitrosen Gasen aufgenommen bzw. abgeführt und kann ebenfalls durch Wärmetausch nutzbar
gemacht werden. Durch Zurückführen der abgekühlten Gase in das Reaktionsgefäß an
Stellen mit lebhafter Wärmeentwicklung kann man die Regelung der Temperatur wirksam
unterstützen und gleichzeitig, z. B. im oberen Teil des Reaktionsraumes, ein Blähen
des Kohlebreis vermindern. Der für die Reaktion wünschenswerte erhöhte Druck wird
durch Regelung des Abzuges der frei werdenden Gase und der Zufuhr der frischen Gase
auf. einer passenden Höhe gehalten. Der für das Verfahren geeignete pumpfähige Kohlebreikann
durch Anteigen von Kohle mit im Verfahren erhaltener Aufschlußlösung erhalten werden,
wodurch ein beim Anteigen leicht auftretendes Schäumen in Grenzen gehalten werden
kann. Auch Wasser kann zum Anteigen verwendet werden, was zweckmäßig ist, wenn an
Stelle von Salpetersäure nitrose Gase für den Aufschluß zur Verfügung stehen. Sehr
geeignet ist auch eine schwache bis mittelstarke Salpetersäure, jedoch ist das Verfahren
nicht auf Salpetersäure und nitrose Gase beschränkt, es kommen auch andere oxydierende
Säuren und ihre Gase, z. B. unterchlorige Säure bzw. Chlor in Frage. Als Kohleausgangsmaterial
eignet sich besonders eine von Bitumen ganz oder teilweise befreite Kohle, z. B.
solche, die einer Vorbehandlung mit Luft oder einer Tiefschwelung auf 450' unterworfen
worden ist. Das Endprodukt kann durch Eindampfen oder Versprühen in fester Form
gewonnen werden, wobei frei werdende nitrose Gase ebenfalls für den Oxydationsprozeß
nutzbar gemacht werden können. Beispiel Es wird aus ioo Gewichtsteilen Kohle und
400 Gewichtsteilen Salpetersäure der Dichte 3,i ein Brei angerührt und dieser von
oben in den Reaktions-Behälter eingespritzt, bis eine Füllung von etwa 4
/5
erreicht ist. Dann wird das unterste Heizregister durch Dampf geheizt,
wodurch die Reaktion einsetzt und sich Druck im Reaktionsgefäß bildet. Zur Vermeidung
von Aufgehen des Breies in der oberen Gasabführungsleitung wird das oberste Register
mit Wasser gekühlt sowie kaltes sauerstoffhaltiges Gas durch die oberste Kaltgasleitung
mit Hilfe der Gasumlaufpumpe eingedrückt. Hierdurch wird eine Schaumbildung größtenteils
hintangehalten. Unten im Reaktionszylinder stellt sich dann eine Temperatur von
etwa i75° und oben von 33o' ein. Durch das untere Ventil wird nach etwa i- bis 2stündigem
Betrieb die der von oben nunmehr laufend zuzusetzenden Einspritzmenge entsprechende
Menge umgesetzten Produktes laufend abgezogen.
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Von ioo Gewichtsteilen gehen 9o Gewichtsteile in Lösung, wobei 52
Teile hochmolekulare und 38 Teile niedermolekulare Kohleoxydationsprodukte anfallen.
Letztere bestehen hauptsächlich aus Tri- und Tetrabenzolcarbonsäuren, darüber hinaus
sind Trinitrophenol sowie Penta- und Hexabenzolcarbonsäure darin enthalten.