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Verfahren zum trockenen Destillieren organischer Stoffe Die vorliegende
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verkohlen von Holz beliebiger Form,
ferner von ähnlichen Stoffen, wie z. B. Nußschalen, Maiskolben, Torf, Lignin oder
sonstigen Stoffen pflanzlichen Ursprungs. Bei der trockenen Destillation dieser
Stolte tritt bei einer gewissen Temperatur bekanntlich eine sehr heftig exotherm
verlaufende Zersetzungsreaktion, die sogenannte Exotherme, ein. Zu diesem Zeitpunkt
findet eine so schnelle und starke Temperatursteigerung statt, daß ein großer Teil
der erzeugten wertvollen Destillationserzeugnisse unerwünschte Hitzezersetzungen
erleidet, wodurch die Ausbeute in bezug auf die gewünschten Erzeugnisse sehr beeinträchtigt
wird.
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Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß es möglich ist, den
Verkohlungsprozeß in idealer Weise zu regeln und dabei bis jetzt unerreichte Ausbeuten
an Destillationserzeugnissen zu erzielen, wenn die Beheizung des Gutes sowie die
Führung der dabei entwickelten Destillationserzeugnisse ausschließlich in Richtung
von oben nach unten erfolgt und gleichzeitig ein Teil der gebildeten Destillationsgase
nach Abtrennung von Destillationserzeugnissen in der gleichen Richtung und im Kreislauf
durch das zu verarbeitende Gut geführt wird, wobei die umgesetzte Gasmenge so bemessen
ist, daß, unter Vermeidung örtlicher Überhitzungen, die Temperaturdifferenzen im
Innern der Retorten klein gehalten werden. Es ist an sieh bekannt, Brennstoffe,
insbesondere Braunkohle, in der Richtung von oben nach unten zu verschwelen. Ferner
ist auch bekannt, das Weiterziehen der Verschwelungszone durch Ausgleich der Heizwirkung
und des Volumens der Verbrennungsgase gegen die Kühlwirkung der Feuchtigkeit in
der Weitergangsrichtung zu regeln. Bei der Verkohlung von Holz kann jedoch diese
Arbeitsweise, bei der Heizwirkung un#i Volumen der Heizgase nicht frei regelbar
sind, nicht zu brauchbaren Resultaten führen, weil die Zersetzungsreaktion bei einmaliger
Erreichung der Temperatur schlagartig einsetzt und so die ganze Füllung auf einmal
verkohlt. Dadurch, daß , erfindungsgemäß die Menge der von den Brenngasen unabhängig
regelbaren Umlaufgase so eingestellt wird, daß im Innern der Verkohlungsmasse nur
relativ geringe TemperaturdifIfferenzen auftreten, wird nicht nur eine gleichmäßig
fortschreitende Verkohlung erreicht, sondern auch die wertvollen Destillationserzeugnissewerden
in hoher Ausbeute erhalten. Dies wird dadurch bedingt, daß die einmal gebildeten
Destillationszerzeugnisse sich nicht in den unteren Schichten des Verkohlungsgutes
absetzen, um
dann bei fortschreitender Verkohlungszone teilweise
zersetzt zu werden, sondern daß die Destillationserzeugnisse nur so weit abgekühlt
werden, daß sie zwar dem zersetzenden" Einflullr der höheren Temperatur entzog aber
erst außerhalb der Retorte abgeschieden:: werden.
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Das neue Verfahren kann in Öfen oder Retorten beliebiger Konstruktion
ausgeführt werden, welche waagerecht, senkrecht oder auch schräg aufgebaut sind.
Um Wärmeverluste zu vermeiden, ist es vorteilhaft, diese Retorten durch Isolation
möglichst gegen Wärmeabgabe zu schützen.
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Das vorliegende Verfahren kann absatzweise, halbabsatzweise und auch
ununterbrochen durchgeführt werden. Bei der ersteren Arbeitsweise kann man den Verkohlungsprozeß
fraktioniert durchführen.
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Abb. i zeigt eine Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens bei
absatzweisem Betrieb. Hierbei bedeutet A eine zylindrische, schmiedeeiserne Verkohlungsretorte,
die gegen Wärmeabgabe gut isoliert ist. Am Oberteil der Retorte befindet sich bei
B eine Verbrennungskammer, in welcher mehrere durch Generatorgas gespeiste Brenner
unterhalten werden. Bei C befindet sich ein-Mannloch bzw. eine Füllöffnung, um das
zu verkohlende Gut in die Retorte einzubringen. Nachdem die Retorte A mit dem zu
verkohlenden Gut, z. B. Laubholz, gefüllt ist, werden bei D Rauchgase in die Retorte
eingefüllt. Hierdurch wird zunächst eine Vortrocknung des Holzes bewirkt. Das abgegebene
Wasser entweicht dampfförmig mit den Heizgasen durch den Unterteil der Retorte H
und wird bei E ins Freie geleitet.
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Sobald das Holz in A genügend vorgetrocknet ist, wird zunächst Hahn
E geschlossen und die Brenner in B in Betrieb gesetzt, um den eigentlichen Verkohlungsprozeß
einzuleiten.
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Den Verlauf der Verkohlung kann man leicht überwachen durch Ablesung
der Temperaturen im Innern der Retorte vermittels Pyrometer 7'i und T2. Die bei
der Verkohlung gebildeten gas- und dampfförmigen Erzeugnisse im Gemisch mit den
Heizgasen verlassen am Unterteil die Retorte bei H, wobei ein Teil des Teeres in
den Abschluß G abgegeben wird. Die dampfförmigen Erzeugnisse gelangen sodann durch
1 in den Kühler K, worin die Destillationserzeugnisse abgeschieden werden. Nachdem
die restlichen Anteile von Destillationserzeugnissen aus den Gasen evtl. durch Auswaschen
gewonnen worden sind, können die Restgase unter einem Dampfkessel verbrannt werden.
Man kann aber auch mit diesen Gasen einen Überhitzer betreiben, durch welchen sauerstofffreie
Gase oder Dämpfe erhitzt werden, welche an Stelle der Heizgase des Brenners B zur
Beheizung der Retorte A verwendet werden.
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- - Wenn die Verkohlung in Gang gekommen ';, kann man das Ventil 0
öffnen und einen ''.feil der von 1I kommenden Gase, nachdem die kondensierbaren
Teile in K abgetrennt worden sind, wieder im Kreislauf über P und vermittels eines
Gebläses h durch die Retorte A schicken. Durch die Regelung des Brenners B sowie
des Umlaufverhältnisses des Kreisstromes vermittels 0 und P kann man den Gang der
Verkohlung in einfachster und sicherster Weise regeln, was durch Ablesung ari Tl
und T2 bestätigt werden kann. Man kann aber auch einen Teil der heißen Destillationsgase
ohne besondere Abscheidung unmittelbar über M und V im Kreislauf durch die Retorte
A führen. Erfindungsgemäß werden die Temperaturdifferenzen zwischen T1 und 7'z klein
gehalten, wobei zweckmäßig die Temperatur der bei H abgehenden Dämpfe nicht wesentlich
höher als 2oo° liegen soll. Durch die Art der im Kreislauf geführten Gase hat man
es, in der Hand, den Destillationsprozeß weitgehendst zu beeinflussen. So- kann
man durch erhöhten Gasumlauf die Ausbeute an wertvolleh Erzeugnissen auf Kosten
der Eptstehung von Teer begünstigen, Weiterhin ist es möglich, sofern die kreisenden
Gase noch Holzgeist enthalten, eine wesentlich erhöhte Bildung von Estern zu erreichen.
Beim Arbeiten besonders in größeren Einheiten und auch dann, wenn durch gute Isolierung
der Retorte A und der übrigen Rohrleitung unerwünschte Wärmeverluste wirksam vermieden
werden, kann man den Verkohlungsprozeß ohne Verwendung von zusätzlichem Brennstoff
vornehmen.
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Um den Effekt, der erfindungsgemäß erzielbar ist, zu veranschaulichen,
sei darauf hingewiesen, daß bei dem neuen Verfahren je Festmeter Holz mindestens
42 kg Essigsäure erhalten werden, während bei den bis jetzt bekannten Verfahren
die betr. Ausbeuten höchstens 3- kg Essigsäure betrugen.
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Wenn die ganze Beschickung in A verkohlt ist, so kann man je nach
Wunsch die Holzkohle nach längerem oder kürzerem Ausstehen bei N ziehen. Auf diese
Weise kann man Holzkohle von jedem gewünschten Gehalt an fixem Kohlenstoff erzeugen
(z. B. co°Jo)# Nach dem Ziehen der Holzkohle kann die Retorte A sofort wieder mit
neuem Holz o. dgl. beschickt und eine neue Verkohlungszeit begonnen werden.
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Handelt es sich um die Verkohlung von Nadelhölzern, so kann die nach
oder auch schon während der Trocknungszeit stattfindende Gewinnung der Terpene etwa
durch
Hahn E stattfinden, während der Abtrieb der Ole selbst durch
zusätzlichen, etwa bei B oder D eingeführten Wasserdampf beschleunigt wird.
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Die Arbeitsweise entsprechend dem vorliegenden Verfahren besitzt,
abgesehen von den höheren Ausbeuten und der Einfachheit und Sicherheit der Bedienung,
auch noch den Vorteil, daß die je Zeiteinheit entwickelte Menge an Destillationserzeugnissen
ganz erheblich geringeren Schwankungen unterworfen sind, als dies bei den bis jetzt
bekannten Verfahren mit ausgeprägter Exotherme der Fall ist. Dies ist dann von besonderem
Vorteil, wenn die weitere Aufarbeitung der Destillationserzeugnisse von K ununterbrochen
weitergeführt werden soll, was z. B. der Fall ist, wenn die Destillationsgase unter
Ausnutzung der latenten Verdampfungswärme direkt auf Graukalk erarbeitet werden
sollen.
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Die oben beschriebene Anordnung i eignet sich in gleicher Weise zur
Aufarbeitung von Stückholz, Kleinholz, wie Sägespänen, Nußschalen, oder auch Stoffen
wie Torf, Lignin USW.
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Um noch weitere Beispiele der Anwendbarkeit des vorliegenden Verfahrens
zu geben, wird auf Abb.2 verwiesen. A bedeutet das Fundament des Ofens, auf welchem
das zu verkohlende Holz o. dgl. ruht. Über diese Unterlage ist eine Glocke B gestülpt.
Diese ist gut gegen Wärmeverluste isoliert und kann durch ein Hebewerk jeweils nach
Beendigung einer Verkohlungszeit hochgezogen werden. Die Glocke besitzt am oberen
Teil Armaturen C, wie Mannloch, Öffnungen zur Aufnahme der Brenner oder auch zum
Umlauf eines Teiles der Destillationsgase. Um einen gasdichten Abschliuß zu schaffen,
taucht die Glocke am Unterteil in Wasser oder Teer D. Auch die Abdichtung durch
Sand oder Lehm kommt in Betracht. Das Ab: führen der Destillationserzeugnisse, evtl.
zusammen mit den Heizgasen, findet bei E statt. Bei dieser Vorrichtung geschieht
die Betriebsführung folgendermaßen: Zunächst wird auf der Unterlage A Holz aufgeschichtet
und sodann die Glocke B darübergestülpt, bis sie in die Teergrube D eintaucht. Noch
vorteilhafter ist es, wenn man die Glocke B durch eine Hebevorrichtung zunächst
über die Unterlage A senkt und sodann vom Oberteil Holz o. dgl. einfüllt. Die Vorrichtung
wird sodann im übrigen genau so in Betrieb genommen, wie bei Abb. i beschrieben
wurde. Nach Beendigung der Verkohlung läßt man die Holzkohle abkühlen, worauf die
Glocke B hochgezogen und die auf A befindliche Holzkohle abgetragen wird.
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Abb. 3 zeigt eine Verkohlungsvorrichtung, welche aus mehreren aufeinandergesetzten,
gut isolierten Behältern A', A= und A3 besteht. Jeder dieser Behälter besitzt einen
Rost, auf welchem das zu verkohlende Gut, wie z. B. Holz, aufgesetzt wird. Diese
Behälter werden für sich mit Holz beschickt und sodann in gewünschter Anzahl und
Höhe aufeinandergesetzt. Jeder Behälter ist durch den nächstfolgenden durch Muff
endichtungen abgedichtet, um Verluste an Destillationserzeugnissen zu vermeiden.
Auf den obersten Behälter A3 wird ein Deckel B mit A rmaturen C (ähnlich wie bei
Abb. 2) aufgesetzt. Die bei der Verkohlung entstehenden Erzeugnisse sowie gegebenenfalls
die Heizgase werden bei E am Unterteil der Vorrichtung abgeführt und durch eine
Sammelleitung der weiteren Verarbeitung zugeführt.
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Um schließlich noch ein Beispiel zu geben, wie man die Erfindung auch
zur ununterbrochenen Verkohlung oder Schwelung anwenden kann, sei auf Abb. ¢ verwiesen.
Hierbei bedeutet A eine liegende Großraumretörte, die am Oberteil B mehrere Brenner
besitzt, während am Unterteil C der Retorte die Destillationserzeugnisse zusammen
mit den Heizgasen durch eine Sammelleitung abgezogen werden. Die Verkohlung des
Holzes o. dgl. erfolgt in der Retorte A auf Verkohlungswagen, welche schubweise
durch die Retorte hindurchgezogen werden. Dabei ist es erwünscht, daß die oberen
Ränder der Wagenflanken waagerecht abgebogen sind und etwa in labyrinthartigen Führungen
an den Retortenwänden den ungehinderten Durchtritt der Heizgase unmittelbar nach
C erschweren. Auf diese Weise wird erreicht, daß die Heizgase praktisch ausschließlich
durch das zu verkohlende Gut geführt werden, wobei auch im vorliegenden Falle' eine
geregelte Verkoh-Jung im Sinne der vorliegenden Erfindung stattfindet. Die mit Holz
o. dgl. beladenen V erkohlungswagen gelangen zunächst durch eine Schleuse S' in
den Vortrocknerraum 1 und von da in die Schleuse S' und schließlich in die Verkohlungsretorte
A. Die am Oberteil von A befindlichen Brenner B können in gewünschter
Weise eingestellt werden, etwa so, daß in Richtung des Wagenschubs ansteigende Temperaturen
im Innern der Retorte aufrechterhalten werden. Nach beendigter Verkohlung wandern
die Wagen mit der Holzkohle in die Schleuse S3 und dann in die Kühlzone K. Die Verweilzeit
hierin ist so berechnet, daß am Ende von K die Holzkohle genügend abgekühlt ist.
Schließlich werden die gekühlten Kohlen durch die Schleuse S' ins Freie befördert.
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Im Interesse einer raschen Abkühlung und weiterer Wärmeersparnisse
kann man die Brenngase zunächst durch K leiten und sodann in B. verbrennen.
Um
noch eine weitere Ausführungsform zum ununterbrochenen Verkohlen o. dgl. gemäß vorliegendem
Verfahren zu zeigen, sei auf Abb. 5 verwiesen. Hierbei bedeutet A die Verkohlungsretorte,
die sich nach oben etwas erweitert, damit sich das Holz leichter nach oben befördern
läßt und sich an den Wandungen nicht verkeilt. Die Retorte kann innen mit Schamotte
ausgefüttert werden und ist außen gut isoliert. Der Brenner B befindet sich über
der Retorte. Hinter dem Brenner werden Anschliisse zum Einblasen von Um-#välzgas
vorgesehen. a ist eine senkrechte drehbare Welle, an welcher zwei Arme b befestigt
sind. Am Ende dieser Arme befinden sich die Holzgefäße c, die genau unter die Retorte
passen. Ein solches gefülltes Gefäß wird unter die Retorte gedreht und hierauf der
Schieber d geöffnet. Hierauf wird der Kolben e langsam, entsprechend der Verkohlungszeit,
hochgedrückt bis dicht an den Schieber d, worauf letzterer wieder geschlossen wird.
Nunmehr kann der entleerte Behälter unten weggedreht werden, worauf der andere gefüllte
Behälter sich wieder unter die Retorte schiebt, welcher vorher mit Holz gefüllt
wurde. Das Drehen, Hochschieben des Kolbens e, Öffnen und Schließen des Schiebers
d kann mechanisch eingerichtet werden, so daß die ganze Beschickung selbsttätig
vor sich geht. Über dem Schieber d befindet sich der Gasabzugsstutzen f, durch welchen
die Schwelgase nach dem Kühler abgeleitet werden. Die fertige Holzkohle fällt oben
über die Holzkohlenkammer und kann fast ununterbrochen mit Hilfe zweier Schieber
g und h abgezogen werden.