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Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen oder halbkontinuierlichen
Reinigung von kohlenstoffhaltigem Material, insbesondere von Koks und Anthrazit,
durch Behandlung mit Chlor Die Erfindung bezieht sich auf die Entfernung von anorganischen
Verunreinigungen aus kohlenstoffhaltigem Material, wie Koks oder Anthrazit.
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Eine wirksame Reinigungsmethode für derartiges kohlenstoffhaltiges
Material besteht in der Behandlung mit Chlor bei erhöhter Temperatur. Bei einer
derartigen Chlorbehandlung wird der Aschegehalt des Materials stark vermindert,
indem metallische Verunreinigungen in flüchtige Chloride übergeführt werden, die
leicht aus der Behandlungszone entfernt werden können. Eine besonders wirksame Methode,
in dieser Weise Koks und Anthrazit mit Chlor zu behandeln, besteht darin, daß man
die Hauptmasse des Materials bei iq.oo° oder noch höher hält. Im allgemeinen können
derartige Verfahren in kontinuierlicher oder halbkontinuierlicher Weise in einem
geeigneten Ofen, üblicherweise einem vertikal stehenden Schachtofen, der mit feuerfestem
Material ausgebaut ist, ausgeführt werden. Der Ofen wird zunächst mit dem kohlenstoffhaltigen
Material in geeigneter körniger oder anderweitig zerkleinerter Form gefüllt, üblicherweise
mit einem grobkörnigen Material. Die Beschickung wird in geeigneter Weise erhitzt,
z. B. durch Durchleiten von elektrischem Strom zwischen Elektroden, die durch die
Wände des Ofens hindurchgehen, vorzugsweise in Abständen in vertikaler Richtung.
Chlor wird in der Nähe des Bodens eingeführt und
steigt durch die
heißen Kohlenstoffmassen aufwärts, wobei flüchtige Chloride metallischer Verunreinigungen
entstehen, die neben Kohlenoxyd bei der Umsetzung gebildet werden und die zusammen
mit überschüssigem Chlor durch eine Auslaßöffnung am oder in der Nähe des Oberteils
des Ofens abziehen. Der Durchfluß des Chlors kann vorteilhaft kontinuierlich vor
sich gehen. Der gereinigte Kohlenstoff wird kontinuierlich oder periodisch aus dem
Unterteil des Ofens abgezogen, während die zu verarbeitenden unreinen Kohlenstoffmaterialien,
wie Koks oder Anthrazit, im Oberteil zugeführt werden.
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Im allgemeinen werden bei einem Verfahren dieser Art annehmbare Ergebnisse
erzielt, und man erhält einen Kohlenstoff von hoher Reinheit. Jedoch kann dieses
weiter verbessert und seine Wirksamkeit erhöht werden, und es können auch gewisse
nachteilige Wirkungen vermieden werden, die bei der kontinuierlichen Durchführung
des Verfahrens stören. Vor allem ergab sich, daß bei derartigen Öfen, die bei diesem
oben beschriebenen Verfahren benutzt werden, der Verbrauch an Chlor außergewöhnlich
hoch ist, gleich, welches Material benutzt wird. Es ist ersichtlich, daß die Menge
Chlor, die erforderlich ist, um Chloride mit den Verunreinigungen im Koks oder Anthrazit
zu bilden, ziemlich genau berechnet werden kann und ebenso auch die Menge des Chlors,
die bei der Reaktion mit den feuerfesten Wänden verlorengeht, während unverbrauchtes
Chlor, wenn es überhaupt zugegen ist, das den Ofen, ohne an Umsetzungen teilgenommen
zu haben, verläßt, durch Analyse der Abgase bestimmt werden kann. Bei einer derartigen
Berechnung und Bestimmung des theoretischen Chlorverbrauchs und bei Vergleich des
letzteren mit dem tatsächlichen, durch Messung bestimmten Betrag an Chlorgas, das
zugeführt wurde, wurde gefunden, daß in den meisten Fällen diese Bestimmungen einen
Fehlbetrag an verhältnismäßig großen Mengen des Chlors ergaben.
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Zum Beispiel wurde bei einer Reihe von Versuchen mit einem feuerfest
ausgekleideten, vertikal stehenden Schachtofen, in dem die Beschickung elektrisch
erhitzt und in dem das Verfahren, wie oben beschrieben, durchgeführt wurde, festgestellt,
daß man ein durchaus brauchbares Kohlenstoffprodukt in einer Menge von 3 bis d.
t in 24 Stunden erhalten konnte, wobei der Koks schubweise am Oberteil des Ofens
zugeführt und der gereinigte Kohlenstoff am Boden entnommen wurde. Während der ursprüngliche
Koks einen Gesamtaschegehalt von g bis io% hatte, hatte das gereinigte Produkt einen
Gesamtaschegehait von 2% oder weniger sowie einen Eisen- und Siliziumgehalt von
jeweils weniger als o,2% und einen Titangehalt von o,o5% oder weniger. Der Ofen
hatte in der Reaktionszone eine Kapazität von ungefähr 25oo kg. Der stöchiometrische
Chlorbedarf für den Koks betrug etwa o,2 kg Chlor auf i kg des Produkts. Hierunter
ist die Menge zu verstehen, die zur Entfernung chlorierbarer Verunreinigungen erforderlich
ist. Da der Verbrauch an Chlor durch Umsetzung mit der feuerfesten Masse (in der
Hauptsache Aluminiumsilikat oder Silikate) mit etwa o,i kg Chlor auf i kg des Produkts
festgestellt wurde, war es nötig, annähernd 0,4 kg Chlor auf i kg gereinigten Kohlenstoff
durch den Ofen zu schicken, um die erwünschten Ergebnisse zu erzielen. Da die Analyse
der Abgase wenig oder kein freies Chlor erkennen ließ (die Chlorzufuhr wurde so
eingestellt, daß, um eine maximale Umsetzung herbeizuführen, eine geringe Spur von
Chlor im Abgas bleiben sollte), so ist ersichtlich, daß der tatsächliche Chlorverbrauch
33 % mehr betrug als der, der zur Ausführung der Reaktion nötig war, einschließlich
der Menge, die bei Umsetzung mit der Ausfütterung verlorenging. Nun war der Ofen,
der benutzt wurde, ziemlich klein und hatte einen inneren Durchmesser von etwa 9o
cm. Mit einem größeren Ofen, z. B. mit einem Durchmesser bis zu 3'/2 m oder mehr,
würde der Anteil des verbrauchten Chlors durch Angriff auf die feuerfeste Auskleidung
sehr viel geringer sein, und der tatsächliche Chlorverbrauch würde 5o% größer sein
als der für die Reinigungsbehandlung theoretisch notwendige.
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Demgemäß ist es ein Hauptziel der Erfindung, den verhältnismäßig starken
Chlorverbrauch, der bei der Behandlung des kohlenstoffhaltigen Materials eintritt,
herabzumindern. Selbst wenn der Chlorverbrauch in einigen Fällen die Gesamtkosten
nur wenig beeinflussen würde und daher seine Verminderung in diesen Fällen von geringerer
Bedeutung wäre, ist festzustellen, daß dies meistens nicht der Fall ist. Tatsächlich
sind die Kosten des Chlors im allgemeinen für das beschriebene Verfahren von Bedeutung,
so daß eine Verminderung des Chlorverbrauchs eine merkliche Ersparnis bedeutet.
Wenn man Anthrazit als Rohmaterial zur Herstellung von gereinigtem 'Kohlenstoff
unter Benutzung von Öfen der oben beschriebenen Art verwendet, muß eine weitere
und noch ernstere Schwierigkeit überwunden werden. Im allgemeinen sind die Verfahren
zur Behandlung von Anthrazit oder Koks einander gleich, ausgenommen, daß wegen der
geringeren und schwachen elektrischen Leitfähigkeit des Anthrazits dieser einer
vorhergehenden Erhitzung oder Kalzinierung unterworfen werden sollte, ehe er die
Zone erreicht, in der er elektrisch erhitzt wird, wobei eine derartige Behandlung
unter Innehaltung einer ausreichend hohen Temperatur so lange durchgeführt werden
muß, bis eine Verminderung des normalerweise hohen elektrischen Widerstandes eingetreten
ist. Ein besonders bequemer Weg, eine solche Vorbehandlung vorzunehmen, bestand
darin, eine ziemlich starke Schicht von Anthrazit oberhalb der Elektrodenzone im
Ofen anzuhäufen, so daß das Material sowohl durch direkte Übertragung als auch insbesondere
durch die Hitze der Abgase ausreichend erhitzt wird, ehe es in die Gegend absinkt,
in der die elektrische Erhitzung stattfindet. Wenigstens sollte teilweise die beschriebene
Vorerhitzung des Anthrazits die Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit dadurch
bewirken, daß flüchtige Substanzen, die größtenteils
aus Wasserstoff
und Kohlenstoffen bestehen, abgetrieben werden. Bei der Durchführung derartiger
Maßnahmen wurde jedoch gefunden, daß der Ofen die Neigung zeigte zu klumpen, besonders
in dem Teil des Ofens, in dem der Anthrazit der Vorerhitzung unterworfen wurde,
so daß infolgedessen sowohl das Herabsinken des festen Materials als auch der erwünschte
Gasdurchzug verhindert wurde.
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Nähere Feststellungen ergaben, daß die Schwierigkeit bei der Behandlung
von Anthrazit durch die starke reduzierende Wirkung der flüchtigen Bestandteile
verursacht wird, die im oberen Teil des Ofenschachtes abgetrieben werden und sich
dort mit aufsteigendem Kohlenoxyd, den Chloriden und dem restlichen Chlor vermischen,
die alle normalerweise im oberen Teil des Ofens ausgetrieben werden. Demzufolge
scheint es, daß der Wasserstoff oder die Kohlenwasserstoffe oder wahrscheinlich
beide, die als aktives Wasserstoffmaterial bezeichnet werden können, das Eisenchlorid
reduzieren, das in den Gasen enthalten ist, die aus der Hauptreaktionszone aufsteigen,
und es hierbei in die niedrigere Chloridstufe überführen. Da das Ferrochlorid verhältnismäßig
unflüchtig ist, z. B. bei der Temperatur im oberen Teil des Ofens, d. h. bei etwa
iooo°, neigt es dazu, sich in den Zwischenräumen der körnigen Masse der Kohle niederzuschlagen
und dabei deren Teile zusammenzuschmelzen und hierbei harte, dichte Schichten od.
dgl. zu bilden. Diese aneinanderhaftenden und verhältnismäßig schwer durchdringbaren
Massen, die Dämme oder Brücken bilden, verhindern das stetige Herabsinken des körnigen
kohlenstoffhaltigen Materials sowie das stetige Aufsteigen der Gase. Wenn nach einer
gewissen Betriebszeit sich derartige Verhältnisse eingestellt haben, und dies kann
sogar nach kurzer Zeit geschehen, so wird das Verfahren völlig unterbrochen, und
das einzige Hilfsmittel besteht dann darin, den Ofen herunterbrennen zu lassen und
die harte kompakte Masse, die sich in der Nähe des Oberteils der Säule befindet,
herauszuschlagen.
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Wenn es auch theoretisch möglich ist, die Menge an zuzuführendem Chlorgas
so zu vermehren., daß die Reduktion von Fe C12 zu Fe C12 verhindert wird, so ist
doch ein derartiges Verfahren, insbesondere aus wirtschaftlichen Gründen, praktisch
nicht durchführbar. Die Erfindung befaßt sich mit verbesserten Methoden und Vorrichtungen,
die die angeführten Schwierigkeiten vermindern oder auch völlig vermeiden und die
einen stetigen oder halbstetigen Betrieb während längerer Zeiträume ohne kostspielige
Unterbrechungen ermöglichen.
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Erfindungsgemäß werden Maßnahmen getroffen, die es ermöglichen, sowohl
Koks als auch Anthrazit, so wie diese Materialien im Handel erhältlich sind, bei
stetiger Arbeitsweise und einem verhältnismäßig niedrigen Chlorverbrauch zu verarbeiten.
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Die Erfindung sieht eine der Chlorbehandlung vorausgehende Hitzebehandlung
des kohlenstoffhaltigen Materials vor, die beide in aufeinanderfolgenden, voneinander
getrennten Abschnitten vor sich gehen, wobei die Anordnung so getroffen wird, daß
das erhitzte Material aus dem ersten Abschnitt, in dem die Hitzebehandlung durchgeführt
wird, unmittelbar in den zweiten Abschnitt für die Chlorbehandlung mit nur geringem
oder ohne Wärmeverlust übergeführt wird. Insbesondere betrifft die Vorrichtung nach
der Erfindung einen Ofen, der zwei Behandlungskammern hat, von denen jede Gasauslässe
besitzt und wobei sich zwischen den beiden Kammern eine Anordnung befindet, die
diese miteinander verbindet und die den direkten Übergang des festen kohlenstoffhaltigen
Materials von der ersten zur zweiten Kammer gestattet, wobei vermieden wird, daß
die Gase, die in den beiden Stufen gebildet werden, sich miteinander vermischen.
Ein derartiger Ofen weist mithin aufeinanderfolgende Kammern auf, die in geeigneter
Verbindung miteinander stehen und durch eine dazwischengeschaltete Übertragungskammer
oder ein anderes Abschlußmittel voneinander getrennt sind, die derart ausgebildet
sind, daß das kohlenstoffhaltige Material von der ersten zur zweiten Kammer übergeführt
werden kann, ohne daß eine merkliche oder auch stärkere Gasströmung in irgendeiner
Richtung zwischen den Kammern einsetzt. In der zweiten Kammer sind Mittel zur Zuführung
von Chlor vorgesehen; in dieser Kammer erfolgt auch die Chlorierung; auch ist für
jede Kammer eine eigene Beheizung vorgesehen in der Weise, daß ein elektrischer
Strom durch die Beschickung hindurchgeht. Obgleich andere Ausführungsformendes Ofens
ausgeführt werden können, so ist doch eine Anordnung besonders vorteilhaft, bei
der in einem weiten Schachtofen aufeinanderfolgende Kammern übereinander angeordnet
sind, so daß der Koks oder die Kohle durch die erste Heizkammer und dann durch die
Überführungskammern und schließlich durch die Chlorierungskammer hindurchgeht, so
daß gereinigter Kohlenstoff im Unterteil dieser Kammer .erhalten wird.
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Durch ein derartiges Verfahren, bei dem das kohlenstoffhaltige Material
im ersten Abschnitt z. B. auf eine Temperatur von wenigstens iooo° erhitzt wird
und vorzugsweise wenigstens für den größeren Teil auf eine Temperatur von iioo bis
iq.oo°@, wird der Gehalt an aktivem Wasserstoffmaterial beseitigt. Darauf rücken
aufeinanderfolgende Teilbeträge des Materials zur zweiten Kammer vor, aber ohne
daß die in beiden Kammern vorhandenen Gase miteinander vermischt werden, so daß
die Chlorierung vorgenommen werden kann, bei der anorganische Verbindungen und Verunreinigungen,
insbesondere die Verbindungen von Eisen, Silizium, Titan und anderen Metallen, entfernt
werden. Der Übertritt von der ersten zur zweiten Zone vollzieht sich ohne erhebliche
Wärmeverluste beim Koks oder bei der Kohle, so daß entsprechend der elektrische
Stromverbrauch in der zweiten Zone geringer wird und das Verfahren, wenn man den
Kraftverbrauch ins Auge faßt, wirtschaftlich ist. Gleichzeitig wirkt die Vorbehandlung
verschiedenen, oben beschriebenen Schwierigkeiten entgegen.- Bei Verwendung von
Koks, aber auch im Falle anderen kohlenstoffhaltigen Materials, wurde festgestellt,
daß sonst Verluste an Chlor durch Umsetzung mit
Kohlemu asserstoffen
u. dgl. Verbindungen, die als aktives Wasserstoffmaterial bezeichnet werden können,
eintreten, wobei in entsprechender Menge Chlorwasserstoff sowie Chlorverbindungen
in den Abgasen auftreten. Durch den erfindungsgemäß verbesserten Prozeß wird der
Gehalt an leicht reagierendem Wasserstoff indem kohlenstoffhaltigen Material in
der ersten Kammer stark vermindert, da das wasserstoffenthaltende Material in flüchtiger
Form, d. h. als Gas, entweicht. Infolgedessen findet keinerlei oder nur eine sehr
geringe Umsetzung von wasserstoffhaltigem Material mit Chlor, die einen Verlust
bedeutet, in der zweiten Kammer statt. Benutzt man Anthrazit, so ist die Verbesserung
sehr erheblich, da keine Möglichkeit besteht, daß Ferrichlorid, das bei der Chlorbehandlung
des in der Kohle gebundenen Eisens gebildet wird, durch aktive wasserstoffenthaltende
Materialien reduziert wird, da einerseits solche Materialien bei der Vorbehandlung
in erheblichem Umfange entfernt worden sind und da andererseits keine obere Packung
von Anthrazit über der erhitzten Zone in der Chlorierungskammer vorhanden sein muß.
Daher läuft das Verfahren glatt ab, ohne daß sich in der Apparatur Klumpen oder
Brücken bilden. Es ist ersichtlich, daß bei Verwendung von Anthrazit in der oberen
Kammer eine ausreichend hohe Lagerung des kohlenstoffhaltigen Materials vorhanden
sein muß, um seinen elektrischen Widerstand zu vermindern, ehe es die elektrisch
beheizte Region in der oberen Kammer erreicht; aber da in dieser Kammer praktisch
sich kein Chlor befindet, so besteht auch keine Gefahr, daß sich Ferrichlorid in
dem festen Material niederschlägt. Wenn man mit einem der angeführten Materialien
arbeitet, so zeigt die Vorbehandlung einen zusätzlichen Vorteil insofern, als der
Feuchtigkeitsgehalt der festen Stoffe auf einen erwünschten niedrigen Betrag zurückgeht,
d. h. auf einen von weniger als 0,5'/0. Es war auch schon erforderlich gewesen,
das Material zuvor zu trocknen.
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Während für die Vorrichtungen eine Mehrzahl von Ausführungsformen
möglich ist, insbesondere Öfen verschiedener, spezieller Formen und Größen, werden
in den Zeichnungen schematische Beispiele für die Konstruktion gezeigt, die man
mit Vorteil anwenden kann.
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In den Zeichnungen ist Fig. i ein Vertikalschnitt, der vereinfacht
einen Ofen nach der Erfindung zeigt; Fig.2 ist ein Horizontalschnitt längs der Linie
2-2 der Fig. i, und Fig. 3 ist ein weiterer Schnitt längs der Linie 3-3 der Fig.
i, und Fig. q. ist ein Vertikalschnitt eines Teilabschnitts, der eine andere Anordnung
des Mittelteils der Konstruktion entsprechend Fig. i zeigt.
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Die Fig.i bis 3 zeigen einen aufrecht stehenden Schachtofen mit einer
äußeren Hülle io aus Stahl, die von innen mit einer dicken Schicht von feuerfestem
Material 12, z. B. aus einem dichten, kochqualifizierten Feuerton oder einem ähnlichen
feuerfesten Material; z. B Ziegeln oder Tafeln, ausgekleidet ist und das vorzugsweise
aus Aluminiumsilikat oder Silikaten besteht. Der Gesamtaufbau kann zylindrisch sein
und kann auch innen zylindrisch geformt sein; er ist oben mit einer Kappe 13 abgeschlossen,
die eine verschließbare Einlaßöffnung 14 hat, durch die der Koks oder die Kohle
in aufeinanderfolgenden Teilbeträgen zugeführt wird. Am Boden hat der Ofen eine
Auslaßkammer 15 mit einem herausnehmbaren Verschlußstück 16 aus feuerfestem Material,
über die von Zeit zu Zeit der Abzug gereinigter Mengen Kohlenstoff bewirkt wird.
Die Gesamtanordnung der Stahlhülle io, der Deckplatte 13 und der anhängenden Teile
wird vorzugsweise so ausgeführt, daß sie eine geschlossene, gasdichte Anlage bilden.
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Der zylindrische Innenraum des vertikal stehenden Ofens ist in zwei
Hauptkammern geteilt, die mit 18 und 2o bezeichnet sind und die sich jeweils im
oberen und unteren Teil des Ofens befinden. Die Kammer i8 hat Elektrodenpaare 21,
22, an die der Strom, z. B. Wechselstrom von geeigneter Spannung, angelegt wird
und die im Abstand voneinander angeordnet sind. Üblicherweise kann z. B -jeder Elektrodensatz,
wie bei 21 gezeigt, aus drei Elektroden bestehen, die bis zu einem Punkte in der
Nähe der Mitte in die Kammer hineinragen, von gleichmäßig voneinander entfernten
Ausgangspunkten aus. Die Anordnung des anderen Elektrodensatzes 22 ist gleichartig,
so daß der Strom in vertikaler Richtung zwischen den Elektrodensätzen durch die
ganze Beschickung in der Kammer 18 hindurchgeht.
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Die untere Kammer 2o ist in gleicher Weise mit Kohlenstoffelektrodensätzen
23 und 24 versehen, die in gleicher Weise zur Erhitzung des kohlenstoffhaltigen
Materials angeordnet sind, wobei der Strom durch dieses Material, in dem sich die
Elektroden befinden, hindurchgeht. In der Nähe des unteren Teils der Kammer 20 wird
gasförmiges Chlor kontinuierlich durch eine Öffnung 25 zugeführt, und verbrauchtes
Gas aus der unteren Kammer wird durch eine Öffnung 26 in der Nähe des Oberteils
dieser Kammer, d. h. oberhalb der Elektroden, abgeführt. Während in einigen Fällen
die untere Kammer aus übereinander angeordneten Abschnitten bestehen kann, von denen
einer mit anorganischem feuerfestem Material ausgekleidet ist und die elektrischen
Heizvorrichtungen enthält, ist der untere Abschnitt mit Kohlenstoff ausgekleidet.
In diesem geht die Chlorierung in der Hauptsache vor sich. Diese Anordnung hat den
Vorzug, daß der Angriff auf das mineralische, anorganische feuerfeste Material vermindert
wird. Vorliegend ist der Einfachheit halber eine ungeteilte Zone 2o, die durchweg
mit feuerfestem Material 12 ausgekleidet ist, dargestellt.
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Die obere Zone 18 zeigt am Kopf eine Abzugsöffnung 28, aus der Gas
gleichfalls kontinuierlich abgezogen werden kann, z. B. flüchtige gasartige Bestandteile,
die aus der erhitzten Beschickung in der Zone 18 entwickelt worden sind.
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Zwischen den Zonen 18 und 2o weist der dargestellte Ofen eine Schleuse
auf, die aus einer
Überführungskammer 30 besteht, die in
vertikaler Richtung nur verhältnismäßig geringfügig ausgedehnt ist und die von den
oberen und unteren Kammern durch Schieber 31 und 32 abgeschlossen ist. Man kann
die verschiedensten Verschlußkonstruktionen benutzen. Die Zeichnung zeigt hierfür
eine verhältnismäßig einfache Anordnung, bei der jeder der Schieber 31 und 32 aus
einer Steintafel od. dgl. aus feuerfestem Material besteht, die so angeordnet ist,
daß sie in entsprechenden Rillen 33, 34 der Ofenwand sowie durch entsprechende horizontale
Öffnungen 35, 36 in einer jeden Seite der Wand entlang gleiten kann. Mithin können
die Schieber oder Tore 31, 32 beiseite geschoben werden, z. B. in der Fig. i nach
rechts aus der Verschlußlage in eine Lage, in ,der sie geöffnet sind, wie aus den
gestrichelten Linien 31a bzw. 32a ersichtlich ist. Es sind geeignete Mittel vorgesehen,
um jeden der horizontal liegenden Schieber in der beschriebenen Weise zu verschieben,
z. B. elektrisch, durch Handkraft oder hydraulisch. Zum Beispiel sind die Tore 31,
32 über Bolzen 37, 38 mit den Kolben 39, 40 verbunden, die sich in den hydraulisch
betätigten Zylindern 41, 42 befinden. Zum Beispiel kann jeder der Zylinder 41, 42
eine mit komprimierter Luft betätigte Vorrichtung sein, oder sie kann auch hydraulisch
sein mit Doppelwirkung, so daß durch geeignete Verbindungen und eine entfernte,
hier nicht gezeigte Regelvorrichtung die Tore 31 oder 32 je nach Wunsch geöffnet
und zurückgezogen werden können.
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Obgleich es nicht in allen Fällen erforderlich ist, kann die Zwischenkammer
30 ihre eigene Auslaßöffnung 44 haben, durch die Gase aus der kurzfristig
zurückgehaltenen Masse des Kohlenstoff enthaltenden Materials abgelassen werden
können. Die Betätigungsvorrichtung für die Tore kann auch von einem verschlossenen
Gehäuse 45, z. B. aus Stahl od. dgl., umschlossen werden, um jedes unvorhergesehene
Entweichen von Chlor oder anderen Gasen in die Umgebung des Ofens zu verhindern,
insbesondere, wenn das untere Tor 32 geöffnet ist und wenn der Verschluß 36 etwas
undicht sein sollte.
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Es ist mithin ersichtlich, daß die Handhabung der beschriebenen Vorrichtung
und die Durchführung des verbesserten Verfahrens durchaus einfach sind. Bei der
Verarbeitung von Koks werden die Kammern 18 und 20 zunächst bis zur Standlinie 48
in der Kammer i8 und bis zur Standlinie 50 in der Kammer 20 gefüllt; die
Tore 31, 32 sind dabei geschlossen, und die Kammer 30 ist leer. Dann wird
den Elektroden in beiden Kammern Strom zugeführt, so daß die Temperatur in jeder
Kammer auf den gewünschten Wert steigt. Wie ersichtlich, muß die erste Beschickung
der unteren Zone 2o erhitzt werden, ohne daß man von einer vorausgegangenen Erhitzung
des Kokses Vorteil zieht. Da man jedoch das Verfahren längere Zeit kontinuierlich
durchführt, ist diese Anfangsphase verhältnismäßig bedeutungslos. Wie dargelegt,
hält man die Temperatur in der oberen Zone bei iooo° oder darüber, vorteilhaft jedoch
noch höher, so daß größtenteils Temperaturen von i2oo° oder darüber gehalten werden
sollten, doch sind Temperaturen über 140o° aus Gründen der Wirtschaftlichkeit in
dieser Kammer nicht erforderlich. In der unteren Kammer kann eine Reinigungswirkung
bei niederen Temperaturen, z. B. bei moo bis 120o°, bewirkt werden. In der Gesamtmasse
des kohlenstoffhaltigen Materials hält man die Temperaturen bei 1400° oder darüber;
wenn man den Gang des Verfahrens so regelt, daß die Temperatur einige Zentimeter
von der feuerfesten Auskleidung 12 entfernt wenigstens 1400° beträgt, so hat die
erhitzte Gesamtbeschickung zwischen den Elektroden 23, 24 in der unteren Kammer
eine Temperatur, die noch erheblich höher liegt und die sich etwa zwischen i5oo
und 160o° bewegt, während die Temperatur der der Wand 12 benachbarten Teile 120o°
nicht übersteigt. Man erhält so besonders zufriedenstellende 'Ergebnisse und ein
Kohleprodukt von hoher Reinheit, während gleichzeitig der Angriff auf die feuerfeste
Wandung 12 nicht zu heftig ist.
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Nachdem der Ofen eine Weile in Betrieb gewesen ist und die erwünschte
Entfernung flüchtiger Bestandteile (z. B. des oben beschriebenen aktiven Wasserstoffmaterials
aus der Beschickung in der Kammer 18) stattgefunden hat, wird das Tor 31 geöffnet,
so daß eine gewünschte Menge Koks in die Zwischenkammer 30 fällt. Hierauf
wird unmittelbar das Tor 31 wieder geschlossen. Gleichzeitig wird, um den erforderlichen
Raum in der unteren Kammer 2o zu schaffen, ein entsprechender Betrag an gereinigtem
Kohlenstoff durch zeitweiliges Öffnen der Tür 16 aus dem im Unterteil befindlichen
Raum 15 entfernt. Dann wird zunächst das Tor 32 geöffnet, so daß der heiße Koks
aus der Kammer 30 in die untere Kammer 2o fällt und somit die Beschickung
der letzteren wieder auffüllt, z. B. bis zum gewünschten Stand 5o. Das Verfahren,
bei dem z. B. ein fortgesetztes Erhitzen und ein fortgesetzter Durchgang von Chlor
.durch den Einlaß 25 erfolgen, läuft wie oben beschrieben. weiter ab, wobei Gas
stetig aus den Öffnungen 26 und 28 abgeleitet wird. Das Tor 32 wird gleichfalls
vorzugsweise geschlossen gehalten. Nach einer Weile wird die beschriebene Aufeinanderfolge
wiederholt, wobei man eine weitere Menge von heißem Koks aus der Vorbehandlungszone
18 durch die Zwischenkammer 30 in die Chlorierungszone 2o überführt. Entsprechend
werden von Zeit zu Zeit weitere Mengen an Rohkoks in die obere Kammer 18 durch den
Zufuhrtrichter 14 zugeführt, um diese bis zur Standlinie 48 wieder aufzufüllen.
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Auf die beschriebene Art wird der Koks nahezu kontinuierlich von der
Einlaßöffnung 14 zur Entladungsvorrichtung 15, 16 für den gereinigten Kohlenstoff
geführt. Das Material wird beim Durchgang durch die Vorkammer 18 ausreichend erhitzt,
um das aktive Wasserstoffmaterial abzutreiben, das durch die Leitungen 28 abgeführt
wird. Infolge des schleusenartigen Baues der Mittelkammer 30 wird die Masse
in Anteilen nacheinander in die untere Kammer 2o übergeführt, ohne daß ein merkliches
Vermischen der Gase, die sich in den
betreffenden Kammern i8 und
2o befinden, stattfindet. Dies kann, falls erwünscht, durch Austreiben von Gasen
durch die Öffnung 44 gefördert werden. In der unteren Kammer wird der Koks der Chlorierungsbehandlung
unterzogen, durch die die anorganischen Verunreinigungen durch Überführung in flüchtige
Chloride wirksam entfernt werden. Da der Wasserstoffgehalt der Koksfüllung durch
die Vorbehandlung vermindert worden ist, so wird eine Chlorvergeudung durch Umsetzen
mit diesem Material vermindert, unter Umständen sogar nahezu aufgehoben. Da der
Koks, der in diese Zone übertritt, hoch erhitzt ist, braucht der Strom zwischen
den Elektroden 23 und 24 die Masse nur von i2oo auf etwa i4oo° zu erhitzen.
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Bei Verwendung von Anthrazit ist das Verfahren wesentlich das gleiche.
Da Anthrazit einen verhältnismäßig hohen elektrischen Widerstand hat, kann der Ofen
zunächst mit Koksbeschickungen in beiden Kammern 18 und 2o in Gang gesetzt werden,
worauf man Anthrazit in aufeinanderfolgenden Schüben zuführt und in steigendem Maße
den Koks ersetzt, so daß schließlich der Betrieb vollkommen auf Kohle umgestellt
ist. Beim Betrieb mit Anthrazit kann die obere Kammer 18 eine geeignete Höhe im
Abschnitt 52 über den obersten Elektroden haben, so daß die Kohle ausreichend erhitzt
wird sowohl durch Übertragung von Wärme aus dem unteren Teil der Kammer als auch
durch die aufwärts steigenden Gase, so daß die elektrische Leitfähigkeit auf einen
geeigneten Wert ansteigt und so eine Heizwirkung ausgeübt werden kann. Das weitere
Aufheizen des Hauptteils der Kammer i8 bewirkt eine weitere erhebliche Verminderung
des elektrischen Widerstands, die sich günstig auf die zusätzliche elektrische Heizung,
die in der Kammer 2o erforderlich ist, auswirkt. Das weiter unten stattfindende
kontinuierliche oder halbkontinuierliche Arbeiten mit Anthrazit entspricht dem Arbeiten
mit Koks, wobei die aufeinanderfolgenden Teilbeträge an Anthrazit im Vergleich zur
Gesamtbeschickung in jeder der Hauptkammern verhältnismäßig klein sind. Diese Teilbeträge
rücken langsam in die Übertragungskammer 30 vor, wobei man die Einführung
frischen Materials im oberen Teil bei 14 und die Entfernung gereinigten Materials
am Boden bei 15 aufeinander abstimmt. Das Arbeiten mit Chlor kann sowohl mit Anthrazit
als auch mit Koks erfolgreich durchgeführt werden, ohne daß im Ofen irgendwie Verklumpungen
sich zeigen. Besonders verhindert die Entfernung von aktivem Wasserstoffmäterial
in der oberen Kammer, die in dieser in Abwesenheit von Metallchloride enthaltenden
Gasen vor sich geht, jede merkliche Reduktion von Ferrichlorid zu Ferrochlorid in
der unteren Kammer, während die Abwesenheit von Ferrichlorid in der oberen Kammer
jeden Niederschlag an Ferrochlorid vereitelt. Das gesamte Verfahren läuft mithin
glatt und kontinuierlich ab, ohne daß irgendwelche Mängel oder Nachteile auftreten.
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Ein derartiger Ofen hat z. B. einen Durchmesser von 9o cm in der inneren
Kammer. Dieser Ofen kann kontinuierlich betrieben werden und liefert innerhalb von
24 Stunden 2,7 bis 3,6 t gereinigten Kohlenstoff aus Koks oder Anthrazit, wobei
jede der Kammern 18 und 2o eine Hauptheizzone mit einer Kapazität von etwa 2,7 t
aufweist. Die tatsächlichen Abmessungen des Ofens sind von der gewünschten Betriebsgeschwindigkeit
und anderen gewünschten Bedingungen abhängig. Die Konstruktion ist gewöhnlich erheblich
größer, z. B. sind die Abstände zwischen den Elektroden 2i und 22 oder zwischen
den Elektroden 23 und 24 größer als dargestellt. In jeder Kammer kann die durchschnittliche
Aufenthaltszeit für Koks oder Kohle einige Stunden oder darüber betragen, wenn ein
gemäßigter Chlordurchgang, z. B. 0,3 kg auf i kg des Produktes, in dem speziellen
Ofen mit 9o cm Durchmesser bewirkt wurde mit einer Aufenthaltszeit von 6 bis io
Stunden oder einer Gesamtdauer von 12 bis 24 Stunden für den Durchgang eines bestimmten
Schubes Koks, z. B. 225 kg, durch den gesamten Schachtofen. Während in einigen Fällen
die Vorbehandlung in der Kammer 18 nur einen kürzeren Zeitraum in Anspruch nimmt
als die Chiorierungsbehandlung in der Zone 2o, so ist doch die übliche Arbeitsweise
die, daß man diese Abschnitte mehr oder weniger gleich lang macht, so daß bei kontinuierlicher
Arbeitsweise die gleiche Durchgangszeit für jede Zone vorgesehen ist. Das gereinigte
Produkt, das aus der Entladungskammer abgezogen wird, hat sowohl bei Koks als auch
bei Anthrazit die obenerwähnte Zusammensetzung. Es hat einen sehr niedrigen Gehalt
an den verschiedenen Verunreinigungen an Eisen-, Silizium- und Titanverbindungen.Wie
dargelegt, kann man verschiedene Arten von Torkonstruktionen oder Überführungsvorrichtungen
zwischen den beiden Zonen und zusätzliche Heizmittel verwenden, obgleich solche
üblicherweise nicht notwendig sind.
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Als weiteres Beispiel zeigt Fig.4 eine weitere Anordnung, bei der
ein zylindrischer Abschnitt 30' zwischen den oberen und unteren Zonen i8' und 2ö
vorgesehen ist, wobei die Hauptzonen in stetiger Verbindung miteinander über die
Kammer 3ö durch Öffnungen 54, 52 stehen, wobei diese horizontal versetzt oder im
Zickzack zueinander liegen. Die zylindrische Überführungskammer 3o' enthält ein
Förderorgan 56 in Form einer Schraube, die auf einer horizontal liegenden Welle
57 angeordnet ist und die das körnige Koks- oder Kohlematerial von einem Ende der
Kammer zum anderen fördert. Eine Ablaßöffnung 44' ist zur kontinuierlichen Entfernung
von Gas aus der Kammer 3ö vorgesehen, die die Entfernung der Hauptmenge an gasförmigen
Produkten aus der Chlorierungskammer 2ö durch die Abteilungsöffnung 26' ergänzt.
Die Vorrichtung 56 fördert das körnige, kohlenstoffhaltige Material, das man über
die - Öffnung 54 aus der oberen Kammer 15' erhält, nach links durch die Kammer
30', so daß es durch die Öffnung 52 in die niedere oder Chlorierungskammer
20' fällt. Obgleich man ergänzende Tore od. dgl. für die Öffnungen 52 und 54 vorsehen
kann, sorgt diese Anordnung dafür, daß die ,Koks- und Kohlemengen,
die
sich zwischen den Flügeln der Schraube 56 befinden, ein Vermischen der Gase zwischen
den Kammern 18' und 20' verhindern. Die Anordnung der Fig. 4 gestattet entweder
eine völlig kontinuierliche oder auch eine halbkontinuierliche Arbeitsweise, bei
der der Schaft 57 nur zeitweise rotiert, wenn eine Förderung erfolgen soll:. Andererseits
kann die Anordnung nach Fig. 4. sowie das Verfahren genau so, wie oben in Verbindung
mit den Fig. i bis 3 beschrieben, durchgeführt werden.
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Es ist ersichtlich, daß das verbesserte Verfahren und die dazugehörige
Apparatur eine wesentlich einfache, einheitliche Verfahrensweise ermöglichen, wobei
man mit Koks oder Anthrazit und in einigen Fällen mit bituminösen Kohlen, insbesondere
solchen, deren Eigenschaften sich denjenigen des Anthrazits nähern, eine überaus
reine Kohle erhält, wobei hochwirksam gearbeitet wird, ohne daß Verklumpungen oder
andere Unterbrechungen eintreten. Der Verbrauch an Chlor wird stark vermindert,
und der Verbrauch an elektrischem Strom oder anderweitiger Wärmequellen ist überaus
wirtschaftlich.
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Es ist ersichtlich, daß die Erfindung nicht auf die hierin speziell
gezeigten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern sie kann auch innerhalb ihres
Rahmens auf andere Weise durchgeführt werden.