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Verfahren und Einrichtung zur Aktivierung von kohlenstoffhaltigen,
in Gasen schwebenden Stoffen Bekannterweise erhält man aktive Kohle, wenn man kohlenstoffhaltige
Stoffe bei hoher Temperatur der Wirkung aktivierender Gase, wie Wasserdampf, Kohlensäure,
Chlor, Sauerstoff, aussetzt. Diese Gase können einzeln oder in Mischung Verwendung
finden. Die Behandlung -der Stoffe muß unter ganz bestimmten Bedingungen erfolgen,
die das Ergebnis verschiedener Erfindungen sind.
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Eine Aktivierung durch Gase findet nur dann statt, wenn die kohlenstoffhaltigen
Stoffe so durchlässig sind, daß die Gase in das Innere der Teilchen eindringen können.
Die Behandlung vollzieht sich also um so leichter und schneller, je mehr. die Stoffe
zerkleinert sind und je schneller die aktivierenden Gase in das Innere der beispielsweise
staubförmigen Teilchen einzudringen vermögen.
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Die Behandlungsbedingungen bilden den Inhalt einer Reihe von Verfahren,
nach denen mit Hilfe einer bestimmten Einrichtung die Aktivierung der Teilchen im
Zustande der Schwebe in den aktivierenden Gasen möglich ist. Die Überführung ' in
den Schwebezustand erfolgt dabei entweder mit Hilfe mechanischer Vorrichtungen oder
- durch die aktivierenden Gase selbst. Diese Gase werden in diesem Falle gewöhnlich
mit Heizgasen gemischt und gegebenenfalls mit einem Zusatz einer gewissen Menge
neutraler oder nicht aktivierender Gase versehen.
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Im übrigen ist es bekannt, daß sich in Feuerräumen, in denen gewisse
pulverisierte Brennstoffe mit reduzierender Flamme verbrannt werden, bisweilen Kohlenstaubrückstände
finden, welche eine große Aktivität besitzen. .
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Einer der Hauptnachteile der bekannten Verfahren besteht in der geringen
Wärmewirtschaftlichkeit der Heizeinrichtungen, welche bisher Verwendung finden konnten.
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- Es besteht also ein großes Bedürfnis, die Heizungsverluste, welche
die Herstellung aktiver Kohle sehr stark belasten, auf ein Mindestmaß zurückzuführen.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren, welches bei der Aktivierung
von kohlenstoffhaltigen, in Gasen schwebenden Stoffen- die Heizung wirtschaftlich
macht. Dabei verlassen die aktive Kohle und die aus der Aktivierung hervorgehenden
Gase, die sogenann#
ten Aktivierungsgase, die Aktivierungsretorten
verhältnismäßig kalt, und dies dank eines planmäßigen wirtschaftlichen Umlaufes
der Ströme. Überdies ist es möglich, im Verlaufe der Aktivierung brennbare Gase
zu erhalten, welche zur Heizung der Öfen oder Retorten Verwendung finden können.
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Die Aktivierungsretorten können von verschiedener Bauart sein, je
nachdem, ob die Heizung vollständig außerhalb, vollständig innerhalb oder teils
außerhalb, teils innerhalb vor sich geht. Bei innerer Heizung durchlaufen die Heizgase,
die Mischung der aktivierenden Gase und der kohlenstoffhaltigen Stoffe teilweise
den gleichen Weg« im Innern der Retorten. Die Arbeitsweise kann durchlaufend oder
unterbrochen sein, je nachdem, ob die Heizung und die Aktivierung gleichzeitig oder
abwechselnd vor sich geht.
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Wenn die sich aus der Aktivierungsreaktion ergebenden Gase brennbar
und nicht zu sehr. durch Heizgase verdünnt sind, so können sie zur Heizung der Öfen
oder Retorten Verwendung finden.
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Nachfolgend sind verschiedene Ausführungsmöglichkeiten beispielsweise
beschrieben; es* ist aber möglich, andere Vorrichtungen, welche auf dem gleichen
Grundgedanken beruhen, anzuwenden, ohne damit den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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In allen Fällen liegen vor den Aktivierungsretorten Mischvorrichtungen,
welche dafür sorgen, daß die kohlenstoffhaltigen Stoffe sich in den aktivierenden
Gasen im Schwebezustand befinden. überdies gehören zu den Retorten Abtrennvorrichtungen,
welche die gebildete aktive Kohle von den Aktivierungsgä.sen abtrennen: .
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Nach den gemachten Beobachtungen ist es vorteilhaft, die kohlenstoffhaltigen
Stoffe in aktivierenden Gasen in der Schwebe zu halten, welche durch eine genügend
große Menge von neutralen oder nicht aktivierenden Gasen verdünnt sind. Die verwendeten
aktivierenden Gase sind beispielsweise Wasserdampf; Kohlensäure, Verbrennungsrauchgase,
Chlor usw. Als Verdünnungsgase kommen in Betracht Stickstoff, Wasserstoff, Kohlenoxyd
und Aktivierungsgase, welche gemäß der Erfindung aus vorhergehenden Reaktionen stammen,
Wassergas o. dgl: Die Verdünnungsgase werden zu einem oder mehreren aktivierenden
Gasen hinzugefügt. Eine solche Mischung bewirkt bei der Aktivierungstemperatur eine
wahlweise Oxydation der nicht aktiven Teile der kohlenstoffhaltigen Stoffe, wobei
die bereits gebildete aktive Kohle geschont wird.
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Die Zeichnungen zeigen in " Abb. i schematisch eine vollständige Anlage
zur Aktivierung von kohlenstoffhaltigen, in Gasen schwebenden Stoffen mit einem
Aktivierungsofen oder einer Aktivierungsretorte.
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Der Betrieb des Ofens oder der Retorte gemäß der Erfindung ist in
den Abb.2, 3 und q. dargestellt.
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Die Anlage besteht aus einem Mischer ,und Verteiler A, welcher die
kohlenstoffhaltigen Stoffe in den Gasen in Schwebezustand versetzt, einem Aktivierungsofen
oder Aktivierungsretorten B und Abscheidern Ci, C2.
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Die körnigen kohlenstoffhaltigen Stoffe, welche zerstoßen oder pulverisiert
wurden, treten in gewünschten Größen durch ein trichterförmiges Rohr i in den Mischer
und Verteiler A, der andererseits durch die Leitung 2 die aktivierenden Gase und
durch die Leitung 3 neutrale oder praktisch neutrale Gase empfängt. Hierdurch werden
die kohlenstoffhaltigen Stoffe in einer geeigneten Menge von aktivierenden Gasen
bekannter Zusammensetzung in Schwebe gebracht.
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Die Mischung strömt alsdann den Pfeilen folgend aus dem Mischer und
Verteiler A durch ein Rohr q. in die Aktivierungsretorten B und durch ein Rohr 5
aus den Retorten B in die Abscheider Cx, C2. Diese Abscheider können beispielsweise
aus Wirbelvorrichtungen bestehen, an die sich Filtriervorrichtungen oder Reinigungsvorrichtungen
mit Flüssigkeits- oder elektrostatischer Reinigung anschließen können. Die abgetrennte
aktive Kohle wird bei 6 und 7 gesammelt, während die gereinigten Aktivierungsgase
durch das Rohr 8 abströmen. Die Gase können von neuem verwendet werden, uni kohlenstoffhaltige
Stoffe in den Schwebezustand zu bringen. Zu diesem Zweck kehrt ein Teil dieser Gase,
einen geschlossenen Kreislauf bildend, nach dem Mischer und Verteiler A .durch das
Rohr 3' zurück, in dem sich ein Ventilator 9 oder eine andere Vorrichtung zur Sicherung
des Umlaufs befindet. Die überschüssigen Gase werden, je nachdem, ob sie brennbar
oder nichtbrennbar sind, entweder durch ein Rohr io zum Zwecke der Heizung dem Ofen
oder den Retorten zugeleitet oder durch ein Rohr i i in den Schornstein abgeführt.
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Die Abb.2 und 3 zeigen einen Aktivierungsofen für äußere Retortenbeheizung,
bei dem sich ein planmäßiger Gasumlauf vollzieht. Die Abb.2 ist ein Schnitt nach
Linie a-b-c in Abb.3. Die Abb.3 ist ein Schnitt nach Linie d-e in Abb. 2.
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Der sorgfältig isolierte Vertikalofen 12 gestattet die äußere Heizung
einer gewissen Anzahl von Aktivierungsretorten, im vorliegenden Falle vier. Die
Heizung kann mit Hilfe von Aktivierungsgasen, Generatorgas, Masut, - pulverisierter
Kohle o. dgl. erfolgen.
Die Brenner werden mit den Brennstoffen
in beliebiger Weise gespeist und sind auf dem Umfang einer Verbrennungskammer t
q. am oberen Teil des Ofens verteilt. Die Verbrennungsgase entweichen am unteren
Teil durch einen Kamin 15.
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Jede Retorte besteht aus einem äußeren, senkrechten Rohr 16, welches
oben geschlossen ist, und einem inneren, konzentrischen Rohr 17. Die Mischung
aus aktivierenden Gasen und kohlenstoffhaltigen Stoffen, welche aus dem Mischer
und Verteiler A (Abb. z ) kommt, tritt am Fuße der Retorten durch die Leitung q.
in den ringförmigen Raum 16'
ein, welcher von den Rohren 16 und 17
gebildet wird. Die Mischung steigt alsdann in diesem Raum bis zum oberen Teil der
Retorten, welcher sich in der Verbrennungskammer i q. befindet, hoch. In dieser
Kammer herrscht eine Temperatur, bei der sich die Aktivierung sehr schnell vollzieht.'
Alsdann verlassen die Aktivierungsgase und die gebildete aktive Kohle die Retorten
in Richtung zu den Abscheidern Cl, C2 durch das innere Rohr 17 und die Leitung
5 (siehe Pfeile in Abb. 2).
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Während des Aufstieges in den ringförmigen Raum 16' strömt die Mischung
aus den aktivierenden Gasen und den darin schwebenden kohlenstoffhaltigen Stoffen
umgekehrt wie die Heizgase, welche außen an- den Retorten nach unten entlang streichen,
und wie die Mischung von Aktivierungsgas und aktiver Kohle, welche im Rohr 17 ebenfalls
nach unten strömt. Die Mischung aus aktivierenden Gasen und kohlenstoffhaltigen
Stoffen erhitzt sich so unter dem doppelten Einfluß der Heizgase und der Mischung
aus Aktivierungsgasen und aktiver Kohle. Hierdurch findet eine vollständige Ausnutzung
der fühlbaren Wärme der Heizgase sowie die Wiedergewinnung der in der Mischung aus
Aktivierungsgas und aktiver Kohle enthaltenen Kalorien statt. Die in dieser Mischung
enthaltenen Kalorien werden also wiedergewonnen.
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Um die Übertragung der Wärme der Heizgase zu verbessern, kann man
im Innern des Ofens Scheidewände, Prallplatten o. dgl. anbringen, welche die Rauchgase
zwingen, die Retorten in wirksamerer Weise zu umspülen.
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Die Rohre i6- und 17 können im unteren Teil des Ofens aus Gußeisen
oder Stahl und im oberen Teile aus feuerfester Masse bestehen, Das Rohr 17 wird
zweckmäßig mit äußeren und inneren Ansätzen versehen, wie dies Abb.3 zeigt.
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Die äußere Heizung der Retorten kann auch mit Hilfe einer elektrischen
Heizvorrichtung durchgeführt werden. In diesem Falle stehen die sich bei der Aktivierung
bildenden brennbaren Gase für andere Zwecke zur Verfügung.
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Abb. q. zeigt in senkrechtem Schnitt eine Aktivierungsretorte mit
planmäßigem, der Erfindung entsprechendem Stromverlauf und innerer Heizung. Die
Arbeitsweise kann durchlaufend oder unterbrochen sein.
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Die Retorte besteht aus einem senkrechten, dicken Körper 2o zylindrischer
Form, welcher sorgfältig isoliert und aus feuerfestem Stoffe hergestellt ist, und
einem inneren, konzentrischen Rohr 21. Die Heizung kann durch aus anderen Retorten
stammendes Aktivierungsgas, Generatorgas, Masut, pulverisierte Kohle o. dgl. erfolgen.
Der Brennstoff wird durch Brenner 22 verbrannt, welche auf dem Umfange einer in
die Wand 2o einfallenden Verbrennungskammer 23 verteilt sind. Die Heizung kann auch
dadurch erfolgen, daß in der Kammer 23 ein kleiner Teil der kohlenstoffhaltigen,
zu aktivierenden Stoffe durch eine kleine Menge Verbrennungsluft verbrannt wird,
die durch öffnungen eingeführt wird, welche in gleicher Weise angeordnet sind wie
die Brenner 22.
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Im Falle fortlaufender Arbeitsweise führt man gleichzeitig das brennbare
Gas oder den brennbaren Stoff den Brennern 22 und die Mischung aus aktivierenden
Gasen und kohlenstoffhaltigen Stoffen am Fuße der Retorte dem ringförmigen Raum
2q. zu. Die Mischung kommt aus dem Mischer und Verteiler A (Abb. z) durch die Leitung
q. und steigt in dem ringförmigen Raum 224 hoch, wobei sie durch planmäßigenZVärmeaustausch
die Kalorien aufnimmt, welche die heißen, in dem inneren Rohr 2 i niederfallenden
Gase abgeben. Alsdann tritt die Mischung in die Verbrennungskammer 23 ein, wo sie
durch Mischung mit den Verbrennungsgasen einer Temperatur ausgesetzt wird, bei der
sich die Aktivierung sehr schnell vollzieht. Die Aktivierung wird während des Durchlaufs
durch den oberen ringförmigen Raum 25 zu Ende geführt. Die Aktivierungsgase, welche
mit der sich gebildeten aktiven Kohle belastet sind, entweichen schließlich durch
das Rohr 21, wobei sie den größten Teil ihres Wärmeinhaltes abgeben. Sie gelangen
alsdann durch-das Rohr 5 zu den Abscheidern C1, C2 (s. die Pfeile). In dem betrachteten
Falle sind die aus dem Aktivierungsvorgange herrührenden brennbaren Gase zu sehr
durch Rauchgase verdünnt, als daß sie -zur Verbrennung Verwendung finden könnten.
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Bei unterbrochenem Betriebe folgen die Heiz- und Aktivierungsperioden
aufeinander. Zuerst steigen die in der Verbrennungskammer 23 erzeugten sehr heißen
Rauchgase in den oberen ringförmigen Raum 25, wobei sie
ihre Kalorien
an die.Wände des Körpers 2o abgeben, die hierdurch auf eine sehr hohe: Temperatur
kommen. Alsdann entweichen die Rauchgase durch das Rohr 2 i und gelangen aus diesem
durch eine Leitung 26 zum Schornstein. Man kann die Verbrennungsluft anwärmen, indem
man sie an dem Fuße der Retorte durch ein Hilfsrohr 27 in den ringförmigen Raum
24 einbringt. Das Hilfsrohr 27 kann beispielsweise in die Leitung einmünden.
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Die an dieser Stelle eingeführte Luft wärmt sich durch Abgabe von
Kalorien seitens der Rauchgase an, welche in dem Rohr 2 i abwärts strömen. Auf diese
Weise findet eine vollständige Ausnutzung der in den Rauchgasen enthaltenen fühlbaren
Wärme statt.
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Wenn die Temperatur der Wände genügend hoch ist, so beendet man die
Heizperiode und geht zur Aktivierungsperiode über. Die Mischung aus aktivierenden
Gasen und kohlenstoffhaltigen Stoffen, welche aus dem Mischer und Verteiler A (Abb.
i) kommt, wird durch die Leitung 4 dem ringförmigen Raum 24 zugeführt, in dem sie
aufsteigt. Hierbei nimmt die Mischung durch planmäßige Rekuperation Kalorien auf,
welche die heißen, in dem inneren Rohr 2 i abwärts strömenden Gase abgeben. Die
Mischung durchströmt alsdann die Kammer 23 und gelangt in den .oberen ringförmigen
Raum 25, dessen Wände eine sehr hohe Temperatur besitzen. Die Aktivierungsreaktionen
gehen nun sehr schnell vor sich. Die Mischung der Aktivierungsgase und der gebildeten
aktiven Kohle verläßt den Raum 25 alsdann durch das Rohr 2 i, wo die Mischung ihre
Kalorien an die Mischung abgibt,- welche in dem ringförmigen Raum aufsteigt. Die
Mischung aus Aktivierungsgasen iznd aktiver Kohle gelangt alsdann durch das Rohr
5 zu den Abscheidern Cl, C2. In dem zuletzt betrachteten Falle können die aus dem
Aktivierungsvorgange herrührenden brennbaren Gase zu Heizzwecken, beispielsweise
zur Beheizung einer anderen Retorte, Verwendung - finden.
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Wenn die Temperatur der Wände genügend gesunken ist, so sperrt man
den Zutritt der mit kohlenstoffhaltigen Stoffen beladenen Gase ab, um zur Heizperiode
überzugehen. Der zugelassene Temperaturabfall kann sehr klein sein, so daß die Heizperioden
sehr dicht aufeinanderfolgen.
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Zur Schaffung einer Einrichtung mit gleichzeitiger innerer - und äußerer
Heizung kann man - gemäß der - Erfindung beispielsweise mehrere dauernd betriebene
Retorten der in Verbindung mit Abb.4 beschriebenen Bauart, welche geeignet ausgebildete
äußere Wände besitzen, in der Kammer eines Ofens miteinander vereinigen, wie dies
in- den Abb. 2 und 3 dargestellt ist. Man kann in gleicher Weise derartige Retorten
mit einer äußeren Zusatzbeheizung, z. B. einer elektrischen Heizung, versehen.
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Es ist, ohne dabei den Rahmen der Erfindung zu verlassen, möglich,
Retorten mit beliebigem senkrechten und waagerechten Querschnitt zu verwenden, die.Retortenschräg
oder waagerecht anzuordnen und die Gase in den ringförmigen Räumen und in dem mittleren
Rohr in umgekehrtem Sinne strömen zu lassen. Gleicherweise ist es möglich, mehrere
Retorten miteinander zu verbinden, so daß im Innern dieser Retorten zum Zwecke einer
mehrphasigen Behandlung ein ununterbrochener Weg für die Heizgase oder die Mischung
aus Gasen und kohlenstoffhaltigen, im Schwebezustand befindlichen Stoffen geschaffen
ist. _