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Vorrichtung zur Behandlung von mehr oder weniger feinverteilten Feststoffen
mit Gasen, insbesondere zur Herstellung von aktiver Kohle Es ist bekannt, Aktivkohle
in der Weise herzustellen, daß das zu aktivierende Material auf einem Rost lagernd
von Aktivierungs- und Heizgasen derart durchströmt wird, daß es in einen fließfähigen
Zustand gerät. Im Laufe des Aktiv ierungsvorganges wird die Kohle leichter, so daß
die fertigaktivierte Kohle sich im oberen Teil der Schicht ansammelt und hier abgezogen
werden kann. Es ist auch bekannt, mehrere Schichten übereinander anzuordnen. Die
Gase durchstreichen dann die verschiedenen Schichten nacheinander von unten nach
oben, die in der jeweils oberen Schicht abfließende Kohle fließt auf die nächstnie.dere
Schicht.
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Dieses Verfahren ist nun mit größeren Nachteilen verbunden. Die frischen
Gase treffen direkt auf die schon weitgehend aktivierte Kohle, die eine relativ
milde Behandlung verlangt, d. h., die mit i'hir in. Berührung kommenden Gase
dürfen kaum überschüssigen Sauerstoff enthalten und müssen reich an Wasserdampf
sein. Die Aktivierungsreaktion ist hier dementsprechend rein endotherm, die Gase
müssen also hoch aufgeheizt werden. Auf der anderen Seite wird das frische kohlehaltige
Material an der Austrittsseite der Gase eingetragen, wo diese keinen überschüssigen
Sauerstoff mehr enthalten. Das frische Material enthält verschwelbare Substanzen,
so daß hier ein Sauerstoffüberschuß angebracht wäre, denn durch direkte Verbrennung
der flüchtigen Bestandteile könnte ein erheblicher Teil der Aktivierungsenergie
gedeckt werden.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Behandlung von mehr
oder weniger feinverteilten Feststoffen mit Gasen, insbesondere zur
Herstellung
von aktiver Kohle aus kohlenstoffhaltigen Stoffen durch Gasaktivierung, bestehend
aus einem Reaktionsturm mit in der Nähe des Bodens angeordnetem Rost, einer Gaszuführung
am Boden und einer Gasabführung am oberen Ende des Reaktionsturmes, der oberhalb
des Rostes mit mindestens einem mit Verdrängungskörpern versehenen Quereinbau und
oberhalb des Rostes, aber unterhalb des untersten mit Verdrängungskörpern versehenen
Quereinbaues mit einer Eintragungsöffnung für das zu behandelnde Festgut und oberhalb
des obersten Quereinbaues mit einer Austragsöffnung für das behandelte Festgut versehen
ist.
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Mit Hilfe der neuen Vorrichtung ist es möglich, eine vorzügliche Aktivkohle
ohne Zufuhr von Fremdenergie herzustellen, indem das zu aktivierende Material in
das untere Ende des Reaktionsturmes kontinuierlich eingespeist wird und nach Zündung
Luft oder ein Gemisch von Luft und Wasserdampf mit solcher Geschwindigkeit eingeblasen
wird, daß das Material in fließfähigen wallenden Zustand gerät. Die infolge der
Schwelung und der beginnenden Aktivierung leichter werdenden Teilchen sammeln sich
im oberen Teil der Schicht. An dieser Stelle des Turmes sind z. B. stromlinienförmige
Verdrängungskörper bzw. Rippen eingebaut, die mit ihren unteren, vorzugsweise spitz
zulaufenden Enden in die bewegte Schicht eintauchen, so daß hier die Gasgeschwindigkeit
stark anwächst und die leichteren Teilchen fortträgt, bis sich oberhalb der Verdrängungskörper
wieder normale Geschwindigkeiten einstellen, so daß es hier zur Ausbildung einer
neuen Kohleschicht kommt. Dies läßt sich natürlich mehrmals wiederholen.
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In der unteren Schicht verläuft im wesentlichen eine wärmeliefernde
Reaktion zwischen Sauerstoff einerseits und Schwelprodukten und einem geringen Teil
der Kohle, im oberen Teil der Schicht setzt schon echte Aktivierung, also der endotherme
Vorgang der Reaktion von Wasserdampf und Kohlendioxyd mit Kohle ein. Der Vorgang
läßt sich zugunsten dieser letzteren Reaktion wesentlich verschieben, indem Luft
und Wasserdampf, z. B. unter Ausnutzung der Abgase, vorgeheizt werden.
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Die aus der ersten Schicht kommenden Gase enthalten viel Wasserstoff
und Kohlenoxyd. Sie werden daher zweckmäßig in Höhe der Verbrennungskörper etwas
unterhalb der engsten Durchgänge mit Luft und eventuell noch mit Wasserdampf versetzt.
Die Gase verbrennen also an der Stelle der größten Luftgeschwindigkeit. Die Kohle
fliegt hier sehr schnell hindurch, so daß ein jetzt unerwünschter Angriff durch
Sauerstoff nicht erfolgen kann. In analoger Weise wird verfahren beim Übergang in
die dritte und jede andere Schicht.
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Nun wird einerseits die Kohle in jeder höheren Schicht etwas leichter,
andererseits die Gasmenge immer größer. Es kann also eintreten, daß aus dem brodelnden
fließfähigen Zustand ein Wirbeln und schließlich ein Fortfliegen wird. In diesem
Fall ist es zweckmäßig, die Durchmesser der oberen Schichten entsprechend größer
zu machen als die der unteren, z. B. indem der ganze Reaktionsturm konisch gestaltet
wird, oder die Verdrängungskörper in den unteren Schichten sämtlich oder zum Teil
nach unten zu verlängern, daß sie in diesen den freien Querschnitt verengen und
damit die Strömungsgeschwindigkeit erhöhen.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind der oder die Quereinbauten
aus einem Block gebildet, der von senkrecht verlaufenden, oben und unten weiter
werdenden Kanälen durchsetzt ist.
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Die durch die Verdrängungskörper erzielte Querschnittsverengung muß
so groß sein, daß die vergrößerte Strömungsgeschwindigkeit der Gase die Kohlekörner
wirklich hindurchträgt. Es ergeben sich dann gegenüber der Anwendung von Rösten,
Sieben oder porösen Massen als untereBegrenzungsstücke für die einzelnen Kohleschichten
weitere Vorteile daraus, daß die einzelnen, verhältnismäßig großen Verdrängungskörper
widerstandsfähiger sind gegenüber dem Angriff durch die heißen Gase und gegenüber
der Verschlackung durch Aschenbestandteile und außerdem leicht gereinigt werden
können. Auch für die unterste Schicht oder für den Fall, daß überhaupt nur eine
Schicht benutzt wird, sind sie daher mit Vorteil für die untere Begrenzung dieser
Schicht anzuwenden.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
schematisch dargestellt. Es bedeutet i dem Reaktion.stwrm mit den übereinander angeordneten
Quereinbauten 2, 3 und .4, die, im wesentlichen aus den im Abstand voneinander angeordneten,
stromlinienförmigen, nach unten spitz zulaufenden Verdrängungskörpern 5 bestehen.
Der zu behandelnde Feststoff gelangt durch den Stutzen 6 auf den unteren Rost bzw.
Quereinbau 2 des Turmes i, wird dort mittels durch den Stutzen 7 des Turmes eingeblasener
Gase oder Dämpfe in fließfähigen Zustand versetzt und so nacheinander in die zwischen
den Quereinbauten 2, 3 und 4 liegenden Reaktionsräume hochgetragen, wobei es zwischen
den Verdrängungskörpern hindurchfliegt, um schließlich den Turm durch den Stutzen
8 in fertigbehandeltem Zustand zu verlassen.
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Zwischen den Verdrängungskörpern 5 der Quereinbauten 2, 3 und 4 sind
Düsen g angeordnet, durch die über die Anschlüsse io, ii und i2 zusätzlich Gase
oder Dämpfe in das aufwärts wirbelnde Material eingeblasen werden können.
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Die Gase usw. verlassen den Turm durch den Stutzen 13, Die neue Vorrichtung
ist nicht nur für die Herstellung von Aktivkohle geeignet, sondern ganz allgemein
für Prozesse, die zwischen mehr oder weniger feinverteilten Feststoffen und Gasen
in der Weise durchgeführt werden, daß die Feststoffe übereinanderliegende Wirbelbetten
von unten nach oben, also im Gleichstrom -mit den Gasen passieren. Dies ist z. B.
von besonderer Bedeutung, wenn Stoffe getrocknet werden sollen, die unter allen
Umständen vor Überhitzung geschützt werden müssen. Das feuchte Gut wird dann in
das unterste
Wirbelbett eingespeist, die verhältnismäßig heißen
Gase können hier infolge des Wassergehaltes keinen Schaden anrichten. Das vorgetrocknete
Gut gelangt durch den Quereinbau in die zweite Wirbelschicht, in der nun die endgültige
Trocknung ohne Gefahr der Überhitzung erfolgen kann, da die Gase ja bereits etwas
abgekühlt sind. In einer einzigen Wirbelschicht läßt sich dieser Effekt nur sehr
unvollkommen erzielen; wenn das Gut in den unteren Teil der Schicht eingeführt und
oben abgezogen werden soll, so tritt natürlich eine Wanderung von unten nach oben
ein, diese wird aber durch erhebliche Mischeffekte gestört. Im Quereinbau sind diese
Mischeffekte natürlich unterbrochen, hier ist nur mit dem Transport von unten nach
oben zu rechnen. An dieser Stelle tritt zusätzlich noch eine Sichtwirkung ein, da
die trockenen und daher leichteren Teile durch die vergrößerte Gasgeschwindigkeit
eher in die obere Schicht getragen werden als die feuchten.
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Als Feststoffe, die gegen Überhitzung empfindlich sind und daher Trocknung
im Gleichstrom fordern, kommen vor allem Lebensmittel, Kohlen, insbesondere Braunkohle
und leicht zersetzliche organische oder anorganische Verbindungen in Frage. Es gelingt
so, Kartoffelflocken und andere Gemüse in zerteilter Form zu trocknen, ohne daß
die Gefahr der Überhitzung besteht; zerkleinerte Braunkohlen lassen sich trocknen,
ohne daß eine Entzündung der Kohle zu befürchten ist. Gips läßt sich in der neuen
Vorrichtung glatt und genau zu Halbhydrat entwässern. Auch andere chemische Umsetzungen
lassen sich durchführen, wie Katalysen oder Verfahren, bei denen die Sichtwirkung
des Quereinbaues ausgenutzt werden soll, die immer eintritt, wenn das Festgut im
Laufe der Behandlung spezifisch leichter oder in der Kornform kleiner wird. Andere
Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich, wenn in den oberen Wirbelbetten weitere Reaktionen
mit Hilfe von zusätzlich zwischen diese Schichten eingeführten Gasen ausgeführt
werden sollen. Beispiel Hydrazinsulfat, ein Salz, das schon bei relativ tiefer Temperatur
Zersetzung erleidet, wird bisher in einem pneumatischen Umlauftrockner getrocknet,
d. h. das feuchte Salz, wird durch einen warmen Luftstrom in einem senkrechten Rohr
hochgeblasen und am Ende des Rohres mit Hilfe eines Zyklons zur Abscheidung gebracht.
Für diesen Prozeß wird naürlich viel warme Luft benötigt, da die Trocknung in wenigen
Sekunden beendet und das Salz durch die Luft in dem Rohr mehrere Meter hochgeschleudert
werden muß. Als Folge der großen Luftmenge ergeben sich auch Schwierigkeiten bei
der Staubabscheidung. Die Staubverluste liegen bei 3 %. Für die Trocknung in der
neuen Vorrichtung wird nur 1/s bis 1/1o der im pneumatischen Umlauftrockner pro
Gewichtseinheit benötigten Luftmenge benötigt, der Staubverlust liegt unter i °/o.