DE1065824B - Drei stufiges Verfahren zur Herstellung eines Filterhilfsmittel aus bitumenhaltiger Kohlt - Google Patents

Description

G 18683 IVa/12 i

ANMELDETAG·. 28. DEZEMBER 1955

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UND AUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 24. SEPTEMBER 1959

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Filterhilfsmittels aus bituminöser Kohle kleiner Teilchengröße und verschiedenen Gehaltes an flüchtigen Stoffen, bei dem in der ersten Verfahrensstufe die Kohleteilchen bei einer Tempcratur des Reaktionsgefäßes zwischen etwa 620 und etwa 1100° C einer schnellen Aufwärmung unterworfen werden, welche über 1093° C Oberflächentemperaturanstieg je Sekunde beträgt, und hierbei kurzzeitig in einer gasförmigen Atmosphäre erhitzt \o werden, die Sauerstoff in einer solchen Menge enthält, daß wenigstens 10°/o der entwickelten brennbaren flächtigen Stoffe unverbrannt bleiben, in der zweiten Stufe das feste Produkt der ersten Stufe bei einer Temperatur, die über der Kondensationstemperatur der gebildeten Gase bzw. Dämpfe liegt, von den gasförmigen und dampfförmigen Produkten getrennt und in der dritten Verfahrensstufe das feste Produkt der zweiten Stufe auf eine Temperatur zwischen etwa 700 und 1260⁰C in Anwesenheit oxydierender bzw. inerter Gase erhitzt wird, bis die restlichen flüchtigen Bestandteile, die auf den Teilchenoberflächen verblieben sind, verbrannt bzw. abdestilliert sind.

Beim Filtrieren von Wasser und gewerblichen Flüssigkeiten zwecks Entfernung von feinverteilten kolloidalen und schleimigen suspendierten Stoffen benutzt man zumeist besonders vorbereitete Filterhilfen aus Kieselgur oder Diatomeenerden, die durch Röstung oder Calcinierung bei erhöhter Temperatur mit oder ohne Flußmittel vorbereitet wurden. Diese Filterhilfen stehen im Gegensatz zu solchen wie Sand, Bimsstein, Kies u. dgl., die lediglich eine grobe Filtrierung von Flüssigkeit bewirken, in welcher kolloidale Teilchen suspendiert bleiben, so daß man sie nicht als echte Filterhilfen bezeichnen kann. Die Filtrierung mit Diatomeenerde oder Kieselgur wird üblicherweise so ausgeführt, daß kleine Mengen des pulverförmigen Mittels mit der Flüssigkeit gemischt und diese über ein Filtermittel (Sieb, Tuch oder einen anderen leicht durchlässigen Träger) gefiltert wird, auf dem die Filterhilfe und die eingeschlossenen suspendierten Teilchen zurückgehalten werden, die reine Flüssigkeit dagegen abfließt. Es kann aber auch eine Vorschicht aus Filterhilfe auf eine in der Technik übliche Filtervorrichtung aufgebracht und die Flüssigkeit über diese Schicht zwecks Abtrennung des suspendierten Stoffs geleitet werden.

Die Filtrierung einer alkalischen Flüssigkeit mit Hilfe von Diatomeenerde, insbesondere bei hohen Temperaturen, war schwierig und oft unmöglich, und zwar auf Grund der schnellen Auflösung von Kieselgur in ihr. Dieser Vorgang hatte eine Schädigung des Aufbaues der Filterhilfe unter gleichzeitiger Verminderung der Strömungsgeschwindigkeit zur Folge. Bei Dreistufiges Verfahren

zur Herstellung eines Filterhilfsmittels aus bitumenhaltiger Kohle

Anmelder: Great Lakes Carbon Corporation,

New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. H. Ruschke, Berlin-Friedenau,

und Dipl.-Ing. K. Grentzenberg, München 27, Pienzenauerstr. 2, Patentanwälte

Beanspruchte Priorität: V. St. v. Amerika vom 18. April 1955

Frederick L. Shea jun., Morton Grove, 111. (V. St. Α.), ist als Erfinder genannt worden

Vorliegen des suspendierten Stoffes in großer Teilchenform verwendete man gemahlenen, gewaschenen Anthrazitgrus, der jedoch nur so wie regulärer Sand wirkt. Bei suspendiertem Stoff kleiner Teilchengröße verwendet man bestimmte Kohlen aus der Entwässerung und Oxydation von »Schwarzlaugen«, die als Nebenerzeugnis bei der Papierherstellung anfallen. Diese Flüssigkeit wird zur Wiedergewinnung der Natriumsalze durch Versprühen in einem Ofen verdampft, dessen Innenraum durch Verbrennen von festem Brennstoff erwärmt wird. Aus dem Entstandenen wurden die anorganischen löslichen Chemikalien durch Auslaugen mit Wasser wiedergewonnen unter Zurücklassung einer unlöslichen Kohle mit geringem Aschegehalt. Da die Schwarzlaugen ein Nebenerzeugnis sind, schwankt ihre Güte. Außerdem weisen die daraus gewonnenen Kohleprodukte ziemlich hohen Aktivierungsgrad und ziemlich hohe Brüchigkeit auf. Diese letzte Eigenschaft ist sehr nachteilig, da die Teilchen auch auf Grund der mechanischen Einflüsse der Filtervorrichtung leicht zerfallen oder zerbrechen. Die vergrößerte Grusmenge im Erzeugnis vermindert wesentlich die Filtriergeschwindigkeiten, so daß auch die anderen abhängigen Arbeiten verlangsamt werden. Nach einem bekannten Verfahren gewinnt man reaktionsfähige Kohle durch eine aus einer Vor- und Endoxydationsstufe bestehende langandauernde Behandlung von Steinkohle bei niedrigen Temperaturen, wobei die Teilchen gegen Verschmelzen oder Plastischwerden unempfindlich gemacht werden. Weiterhin ist

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es bekannt, Aktivkohle dadurch zu gewinnen, daß man Steinkohle, gegebenenfalls im Anschluß an eine Entaschungsstufe unter Zuführung von Luft oder einem sonstigen oxydierend wirkenden Gas, lange erhitzt, wobei gegebenenfalls ein mit einem zusätzlichen Sindemittel angeteigtes voroxydiertes Produkt bei Temperaturen bis maximal 600° C einer Schwelung bzw. Entgasung unterworfen wird.

Im Gegensatz hierzu wird erfindungsgemäß eine Kurzzeitaufheizung eines nicht künstlich oxydierten Aufgabegutes bis zu solchen Temperaturen durchgeführt, daß die Kohleteilchen verschmelzen und plastisch werden; durch rasch anschließende Ausdehnung (Aufblähung) ergibt sich dann ein Produkt geringen Schüttgewichts.

Bei dem erfindungsgemäßen dreistufigen Verfahren sind die bituminösen Teilchen des Aufgabegutes bei gewöhnlichen Temperaturen fest, dehnen sich bei Erwärmung aus und werden weich. In der ersten Stufe findet eine kurzzeitige oberflächliche Caicinierung oder Röstung der Teilchen in einer gasförmigen Atmospäre statt, die Sauerstoff in einer solchen Menge enthält, daß mindestens 10% der entwickelten flüchtigen Stoffe unverbrannt bleiben. In der zweiten Stufe werden die Feststoffe aus der ersten Stufe von den gas- und dampfförmigen Produkten bei einer Temperatur abgeschieden, die nicht unter derjenigen liegt, bei der im wesentlichen alle dampfförmigen Erzeugnisse in diesem Zustand verbleiben; in der dritten Stufe wird das resultierende feste Produkt zwecks Abtreibung der in den Teilchenoberflächen verbliebenen flüchtigen Stoffe erwärmt. Man gewinnt also aus gewöhnlich festem bituminösem Ausgangsgut ein gleichförmiges, körniges, hartes und bruchfestes kohlenstoffhaltiges Material zur Filtrierung von Wasser und gewerblichen, insbesondere stark alkalischen Flüssigkeiten mit einem Gehalt an suspendierten feinverteilten kolloidalen und schleimigen Stoffen, wo ein sich schädlich auswirkendes Mitinlösunggehen von Kieselsäure in den geklärten Flüssigkeiten nachteilig sein würde.

Bei der »kurzzeitigen Caicinierung« werden (erste Umsetzungsstufe) feinverteilte Teilchen aus einem bituminösen Material einer sehr schnellen Aufwärmung, die über 1093° C (Oberflächentemperatur) je Sekunde beträgt, in einem Reaktor unterworfen, der auf einer Temperatur von 621° C oder höher gehalten wird, die genügt, um die Teilchen zu entzünden. Diese schnelle Aufwärmung wird in Gegenwart von Luft oder anderem sauerstoffhaltigem Gas oder oxydierendem Gas ausgeführt; hierbei sind der Sauerstoff oder die Luft in einer solchen Menge vorhanden, daß mindestens 10% der entwickelten verbrennbaren flüchtigen Stoffe unverbrannt bleiben, sie muß so groß sein, daß das Verfahren von selbst weiterläuft, wobei gleichzeitig eine Ausdehnung der einzelnen bituminösen Teilchen mit hoher Geschwindigkeit erfolgt, wobei jedoch nur eine geringe Verbrennung der einzelnen ausgedehnten Teilchen des Erzeugnisses der ersten Stufe erfolgt. Erfahrungsgemäß sind höhere Temperaturen zulässig, wenn größere Teilchen zur Anwendung kommen.

Erfindungsgemäß wird feinverteiltes bituminöses, gewöhnlich bei üblichen Temperaturen festes und bei Erwärmung unter Weichwerden blähendes Material in drei Stufen behandelt. In der ersten Stufe wird es in einer Gasatmosphäre kurzzeitig geglüht oder calciniert, die Sauerstoff in solchen Mengen enthält, daß mindestens 10% der entwickelten \^erbrennbaren flüchtigen Stoffe unverbrannt bleiben.

In der zweiten Stufe werden die anfallenden ausgedehnten Teilchen von den Gasen und den dampfför-'aie Kondensation der zn ^eillhen verhindert

%. /ärmebehandlung

migen Erzeugnissen bei einer Temperatur getrennt, die nicht unter derjenigen liegt, bei der praktisch alle dampfförmigen Produkte aus der ersten Stufe im dampfförmigen Zustand verbleiben. Diese Temperatur ändert sich mit der Art des verwendeten Materials und soll so hoch sein, dafi
Dämpfe auf den ausgedehr
wird.

In der dritten Stufe wird

ίο der abgetrennten ausgedehnten Teilchen fortgesetzt, um so viel flüchtige, auf den Teilchenoberflächen verbliebene oder auf ihnen kondensierte Stoffe zu entfernen, daß die Teilchen benetzbar werden. Die Teilchen können z. B. in Berührung mit oxydierenden Gasen bei einer so hohen Temperatur erwärmt werden, daß der auf ihren Oberflächen verbliebene flüchtige Stoff verbrennt, oder sie können mit einem Strom aus inerten Gasen, z. B. Abgasen, bei einer so hohen Temperatur in Berührung gebracht werden, daß die auf ihren Oberflächen verbliebenen flüchtigen Stoffe abdestilliert werden.

Das Schüttgewicht des fertigen Erzeugnisses soll geringer sein als 400 g/l. Es kann am besten hergestellt werden, wenn die Calcinierungstemperatur in der ersten Stufe nicht unter etwa 620 und nicht über etwa 1100° C gehalten wird. Die günstigste Temperatur richtet sich nach dem verwendeten bituminösen Material. Bei zu niedriger Temperatur ergibt sich eine ungenügende Ausdehnung. Bei zu hoher Temperatur dagegen tritt eine unzulässige Schrumpfung oder Zusammenfallen der Teilchen mit entsprechender übermäßig hoher Schüttdichte des Erzeugnisses ein.

Die Temperaturregelung während der Warmbehandlung in der ersten Stufe erfolgt durch Regelung der Sauerstoffzuführung. Erfahrungsgemäß beträgt die erforderliche Sauerstoffmenge des bituminösen Materials zwischen 0,124 und 0,248 m³/kg, wenn Kalt luft als Sauerstoffquelle zur Anwendung kommt. Kleinere Sauerstoffmengen können natürlich benutzt werden, wenn die Beschickung oder die Luft oder der zugeführte Sauerstoff vorgewärmt wird oder wenn die Sauerstoffquelle verhältnismäßig reiner Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereicherte Luft usw. ist. In jedem Falle darf der Sauerstoff nur in einer solchen

Menge vorhanden sein, daß mindestens 10% des entwickelten verbrennbaren flüchtigen Stoffes unverbrannt bleiben. Dieser unverbrannte flüchtige Stoff wird von den geblähten Teilchen in der zweiten Stufe in einem Separator getrennt, der den Stoff zu einer

Verwendungsstelle fördert, beispielsweise zu der in der Zeichnung dargestellten Verbrennungskammer 26. Durch diese Begrenzung der Verbrennung des entwickelten brennbaren flüchtigen Stoffes in der ersten Stufe können die Temperaturen im Reaktor so niedrig (1100° C oder niedriger) gehalten werden, daß das erwähnte Schrumpfen oder Zusammenfallen der bituminösen Teilchen vermieden wird.

Die aus der ersten Stufe erhaltenen geblähten Teilchen sind nicht netzbar, jedoch wird in der dritten Stufe die Wärmebehandlung so geführt, daß die Benetzbarkeit erreicht wird. Dies ist ein wichtiges, wesentlich von dem bekannten Stand der Technik abweichendes Kennzeichen der Erfindung. Das erfindungsgemäße dreistufige Verfahren ergibt wesentlich höhere Materialausbeuten und bessere Materialgüte, als dies beispielsweise bei einem einstufigen Verfahren der Fall ist, bei welchem sowohl die Ausdehnung als auch die Benetzbarkeit in einer einzigen Stufe erstrebt wird. Nach der Erfindung wird die geregelte Ausdehnung der Teilchen in der ersten Stufe und die ge-

regelte Erwärmung in der dritten Stufe ermöglicht, in der dann die gewünschte Benetzbarkeit erhalten wird.

Wenn auch vorzugsweise in jeder Stufe die Wärme von den Teilchen selbst geliefert wird, liegt es im Bereich der Erfindung, daß ein wesentlicher Teil der Wärme von außen her oder durch einen Hilfsbrennstoff zugeführt wird. Die schnellsten Aufwärmgeschwindigkeiten werden natürlich dann erhalten, wenn die Teilchen selbst als Wärmequelle dienen.

Das bei dem neuen Verfahren verwendete Rohmaterial kann jedes feinverteilte bituminöse Material sein, das bei üblichen Temperaturen für gewöhnlich fest ist und sich bei der Erwärmung unter Weichwerden ausdehnt, aufbläht, d. h. daß es bei Erwärmung über den plastischen Zustand hinaus weich wird und anschwillt, wenn der flüchtige Bestandteil jedes Teilchens mit einer genügend hohen Geschwindigkeit abgetrieben wird. Zu solchen Materialien gehören sowohl schwerflüchtige und leichtflüchtige bituminöse Kohlen, Rohkohle, Teerpechkohle und Kohlenteerpech, die auch z. B. mit Gasruß vermischt sein können. Auf keinen Fall darf das ausgewählte Ausgangsgut Stoffe enthalten, die eine Erwärmung auf eine so hohe Temperatur bewirken, daß sich ein blähend geformtes kohlenstoffhaltiges Gefüge ergibt. Ein solcher Rohstoff dehnt sich bei der Erwärmung auf Weichwerden unter den beschriebenen Bedingungen nicht genügend aus.

Zur Vorbereitung des bituminösen Materials in Form feinverteilter Partikeln zur Verwendung in der ersten Stufe des Kurzcalcinierungsvorganges muß das Material zweckentsprechend gemahlen oder zerkleinert werden; dies erfolgt durch Verwendung einer Hammermühle, eines Desintegrators oder einer anderen zweckdienlichen Zerkleinerungsvorrichtung, die das bituminöse Material auf eine Teilchengröße bringt, von der etwa 95% kleiner als etwa 149 μ, vorzugsweise etwa 75 bis 95°/o kleiner als etwa 74 μ sind. Erfahrungsgemäß wird die letzterwähnte Materialgröße bevorzugt, um aus Kohle eine Filterhilfe zu bilden, deren Teilchengröße innerhalb des Bereiches von 5 bis 140 μ liegt, wobei sehr wenig Teilchen außerhalb dieses Bereiches liegen. Unter gewissen Verhältnissen kann die Zerkleinerung und Klassierung des bituminösen Materials nach Trockenverfahren oder Naßverfahren erfolgen.

Wenn die mit der aus Kohlenstoff bestehenden Filterhilfe zu filternde Flüssigkeit neutral ist (p_H = 7) oder einen p_H-Wert in der Größe von 6 bis 8 hat, ist der Aschegehalt der Filterhilfe nicht sehr wichtig, so daß es also nicht notwendig ist, von einem Rohmaterial auszugehen, dessen Aschegehalt besonders niedrig ist. Wie bereits erwähnt, eignet sich die aus Kohlenstoff bestehende Filterhilfe besonders gut zum Filtrieren von stark alkalischen Flüssigkeiten, deren p_H-Wert größer als 10 und oft 12 bis 13 ist. In diesen Fällen ist es häufig wesentlich, daß der Aschegehalt der hergestellten Filterhilfe hinsichtlich Zusammensetzung und Menge durch Wahl des Rohmaterials geregelt wird, umLösungen von Kieselsäure, Eisen oder anderen schädlichen Materialien zu verhüten. Im allgemeinen wurde gefunden, daß ein bituminöses Material mit einem Aschegehalt bis zu 7% und einem entsprechenden Gehalt an flüchtigem Stoff eine zufriedenstellende Filterhilfe für alkalische Flüssigkeiten bildet.

Bei der erfindungsgemäßen Herstellung von aus Kohlenstoff bestehenden Filterhilfen erzielt man besonders günstige Ergebnisse durch Aufrechterhaltung des Feuchtigkeitsgehaltes vom Rohmaterial auf unter 5 Gewichtsprozent. Übermäßige Feuchtigkeit im Aufgabegut zum Reaktor, in dem die Kurzcalcinierung erfolgt, erfordert die Verdampfung des Wassers bei einer Temperatur oberhalb 621° C oder bei der jeweils verwendeten Temperatur der Reaktorkammer; hierdurch verringert sich die Geschwindigkeit des Temperaturanstieges der bituminösen Teilchen wesentlich. Infolgedessen muß oft zusätzlicher Brennstoff in der Kammer verbrannt werden, da durch die übermäßige Feuchtigkeit in den Teilchen die Temperatur

ίο des Arbeitsvorganges so weit erniedrigt wird, daß die gewünschten Ergebnisse nicht erzielt werden.

Die aus Kohlenstoff bestehende Filterhilfe, deren Herstellungsverfahren nachstehend beschrieben wird, kann eine sehr enge Teilchengrößenverteilung haben; dies hängt von den Erfordernissen der zu filternden Flüssigkeit ab. Beispielsweise kann ein Erzeugnis aus Teilchen unter etwa 149 μ und mit nicht mehr als 25% einer Größe von 10 μ oder aus Teilchen bestehen, deren Größe abgestuft ist und im wesentlichen im Bereich von 5 bis 70 μ liegt. Die richtige Größenverteilung kann durch mittels Luft erfolgender Klassierung sowohl des Ausgangsmaterials als auch des in jeder Stufe erhaltenen Erzeugnisses erhalten werden, wobei Vorrichtungen zur Verwendung kommen, die bei der Herstellung von Filterhilfen aus Kieselgur verwendet werden. Das Erzeugnis kann auch naß klassiert werden. Beide Vorgänge ergeben obere und untere Grenzen hinsichtlich der Größe der Teilchen.

Ein wesentliches Kennzeichen einer aus Kohlenstoff bestehenden Filterhilfe besteht darin, daß sie im wesentlichen völlig in der zu filternden Flüssigkeit netzbar ist. Dies wird leicht dadurch festgestellt, daß man eine kleine Menge der Filterhilfe in eine Probe der Flüssigkeit einbringt und diese kräftig rührt.

Wenn die Filterhilfe leicht dispergiert und in der Flüssigkeit suspendiert wird, bezeichnet man sie als »netzbar«.

Ein weiteres Erfordernis der erfindungsgemäß hergestellten Filterhilfe besteht darin, daß sie ein Schüttgewicht kleiner als 400 g/l und vorzugsweise innerhalb des Bereiches von 80 bis 320 g/l hat. Die Werte des Schüttgewichts bestimmt man dadurch, daß das Erzeugnis in einem mit Einteilung versehenen Zylinder frei fallen gelassen und das lose abgesetzte VoIumen eine bestimmten Gewichts von ihm gemessen wird.

Außer den obigen Definitionen sind auch noch die nachstehenden, zur Beschreibung der erfindungsgemäß hergestellten kohlenstoffhaltigen Filterhilfen zweckmäßig.

Der »Gehalt an flüchtigen Stoffen« der Kohle und der kohlenstoffartigen Filterhilfe, ausschließlich Wasser, wird nach einem abgeänderten ASTM-Verfahren Nr. D 271-48 bestimmt. Eine kleine Probe der Kohle oder der Filterhilfe wird 5 bis 10 Minuten auf 950° C erwärmt; hierbei bezeichnet man den Gewichtsunterschied zwischen der Probe und dem fertigen Erzeugnis als den »Gehalt an flüchtigen Bestandteilen«.

Die »Kuchendichte« einer Filterhilfe wird dadurch gemessen, daß man die Filterhilfe in Wasser suspendiert und die Suspension durch ein Sieb oder ein Filtertuch hindurchfiltriert. Die »Kuchendichte« (kg/1) wird aus dem Volumen und Trockengewicht des entstandenen Filterkuchens berechnet.

Das »Fließverhältnis« und die »Klärungsleistung« des gefilterten Erzeugnisses erhält man durch einen \^ergleich mit einer aus Kieselgur bestehenden normalen Filterhilfe, beispielsweise »DICALITE SPEED-PLUS« (zerkleinertes und klassiertes Produkt aus bei

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815,56° C mit Natriumcarbonat calcinierter Di- Zusatzluft wird in den Reaktor 17 über das Ventil atomeenerde, der Great Lakes Carbon Corp.), einem 33 in solchen Mengen geleitet, daß die Reaktortempehochwertigen frei fließenden Material, das weitgehend ratur auf etwa 700 bis 1260° C gehalten wird. Das zur Klärung von Rohzuckerlösungen verwendet wird. Erzeugnis aus dem Reaktor (der Arbeitsvorgang der Eine derartige Lösung dient als Normalmaß in zahl- 5 dritten Stufe) wird zum Boden des Reaktors 17 gereichen Gewerben, bei denen Filtrierungen stattfinden, leitet und dem Fliehkraftabscheider 18 zugeführt. Die und ist ein Mittel zur Prüfung der Eigenheiten oder gasförmigen Produkte aus dem Reaktor 17 werden der Klärungsleistung der Filterhilfe. aus der Kopfseite des Fliehkraftabscheiders 18 einem

Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung Wäscher 19 zugeführt, der Wassersprühdüsen 35, 36 wird feinteilige bituminöse Kohle mit einem Gehalt io und 37 aufweist. Aus dem Wäscher 19 wird Schlamm an flüchtigen Stoffen zwischen etwa 15 und etwa 2O*/o im Schlammfänger 20 niedergeschlagen und aus ihm kurzzeitig calciniert, indem von einem Luftstrom mit- in üblicher Weise entfernt. Die fertige Filterhilfe gegenommen und in den Kopf eines lotrechten Reaktors langt aus dem Bodenteil des Fliehkraftabscheiders 18 eingeführt wird. Diesem wird Zusatzluft zugeführt, so über das Ventil 34 in eine Trommel 21.
daß sich eine Gesamtsauerstoffmenge zwischen 0,13 15 Zur näheren Erläuterung, jedoch nicht zwecks Ab- und 0,217 m³/kg der Kohle ergibt und eine Reaktor- grenzung der Erfindung, sind in den nachstehenden Beitemperatur zwischen 732 und etwa 898° C erreicht spielen verschiedenartige Formen von festen bitumiwird. Der ausgedehnte (geblähte) Feststoff aus der nösen Stoffen angegeben, die vorher auf geeignete ersten Stufe wird dann von den gasartigen Erzeug- Teilchengröße mit geregeltem Feuchtigkeitsgehalt vernissen in einem Flickkraftabscheider abgetrennt, und 20 mahlen wurden, worauf das zerkleinerte Material in zwar bei einer Temperatur, die nicht niedriger als die einer Vorrichtung der in der Zeichnung dargestellten Temperatur ist, bei der praktisch alle dampfförmigen Art behandelt wurde.

Produkte im dampfförmigen Zustand verbleiben. In Aschegehalt und Schüttgewicht oder Kuchendichte der dritten Stufe werden die abgetrennten Teilchen in der fertigen Erzeugnisse wurden nach den bereits erden Kopf eines zweiten lotrechten Reaktors transpor- 25 wähnten Verfahren bestimmt. Die Werte für das tiert. In diesem Reaktor wird mittels Zusatzluft eine Fließverhältnis der Erzeugnisse wurden mit einer so hohe Temperatur erzeugt, daß die auf den Teilchen- wäßrigen 60°-Brix-Rohzuckerlösung bei 80° C beoberflächen verbliebenen restlichen flüchtigen Stoffe stimmt. Die Zahlen für das Fließverhältnis zeigen verbrannt werden. die Relativleistung (Flüssigkeitsfließgeschwindigkeit

Die bevorzugte Ausführung ist in der Zeichnung 30 durch den Filterkuchen) der nach der Erfindung herdargestellt, wobei bei dieser Anlage die feinverteilte gestellten Filterhilfen im Vergleich zu einer normalen bituminöse Kohle in den Kopf eines unter Druck Filterhilfe aus Kieselgur. Die Bestimmung des Fließstehenden Fülltrichters 12 eingebracht wird, in dem Verhältnisses wird wie folgt durchgeführt. Zu der Rohsjch ein aus einer umlaufenden Welle mit radialen zuckerlösung gibt man 0,3 Gewichtsprozent der Filter-Speichen bestehendes Rührwerk 13 und ein Schnecken- 35 hilfe, bezogen auf den Feststoffgehalt der Zuckerförderer 14 befinden. Die von diesem zugeführte Kohle lösung. Die entstandene Flüssigkeit wird über ein wird von einem Luftstrom mitgerissen und in den Filter von 25 mm Durchmesser 21 Minuten gefiltert, Kopf eines Erststufenreaktors 15 übertragen, in dem wobei der Druck gleichmäßig von 0,7 auf 2,8 kg/cm² sie vorzugsweise durch eine wassergekühlte (nicht ge- bei 3-Minuten-Intervallen (in jedem Intervall 0,7 kg/ zeigte) Düse eingebracht wird. Die Zusatzluft wird in 40 cm²) während der ersten 9 Minuten des Versuches den Reaktor 15 an einer nahe seinem Kopf befind- erhöht wurde. Die Werte wurden verglichen mit einer liehen Stelle eingeleitet. Die Temperaturen innerhalb hochwertigen frei fließenden Filterhilfe aus Kieselgur, dieses Reaktors liegen vorzugsweise zwischen 730 und wie sie als »DICALITE SPEEDPLUS« bekannt ist 900° C. Ein Gebläse 24 führt sowohl Hauptluft als und beim Filtrieren von Zuckerlösungen verwendet auch Zusatzluft durch die Ventile 27 bzw. 28 zu. Die 45 _wj_rd. Günstige Fließgeschwindigkeitswerte für kohlenaus dem Reaktor 15 mitgenommenen Teilchen werden stoffhaltige Filterhilfen im Vergleich zu diesem kieselvon seinem Boden zusammen mit den gasförmigen gurartigen Filterhilfentyp ermöglichten eine Voraus- und dampfförmigen Erzeugnissen zum Fliehkraft- sage des Verhaltens des ersterwähnten Erzeugnisses abscheider 16 getragen. In diesem erfolgt ihre Tren- bei anderen Systemen, die sich gewöhnlich schwierig nung. Die gasförmigen und dampfförmigen Produkte 50 filtern lassen.

werden aus dem Oberteil des Fliehkraftabscheiders 16 Das in dem obenerwähnten Versuch gewonnene FiI-abgeleitet und einer Verbrennungskammer 26 züge- trat, mit Ausnahme des während der ersten 3 Minuten führt, in der sie vor ihrem Entweichen in einen erhaltenen und verworfenen Filtrats, wurde optisch Schornstein verbrannt werden. Zwecks Verbrennung auf »Durchsichtsklarheit« geprüft, die ein Maß der der Gase wird Luft mittels des Gebläses 25 und des 55 »Klärungskraft« der Filterhilfe ist. Die in den Regelventils 32 zusammen mit Betriebsgas in die Ver- folgenden Beispielen gegebenen Werte werden auf brennungskammer 26 eingeleitet. Das Gebläse 23 wird »DICALITE SPEEDPLUS« bezogen, wobei diesem vor dem normalen Betrieb der Anlage angestellt, um Stoff ein willkürlicher Wert von 100 gegeben wurde. Betriebsgas Hilfsbrennern zuzuführen, die die Reaktoren 15 und 17 auf die Arbeistemperaturen bringen. 60 Beispiel 1

Das Erzeugnis der im Fliehkraftabscheider 16 aus- Eine Probe von bituminöser Kohle aus der Lillygeführten zweiten Bearbeitungsstufe wird durch das brock Mine Nr. 3 mit einem Gehalt an flüchtigen BeAbschluß ventil 30 abgeleitet und von einem Luftstrom, standteilen von 17°/o und einem Aschegehalt von 4,3% der von dem Gebläse 24 über das Ventil 31 zugeleitet wurde auf 75°/o unter 74 μ vermählen. Der Reaktor 15 wird, der Oberseite des Reaktors 17 zugeführt. Das 65 für die erste Stufe wurde auf eine Temperatur von Abschlußventil 30 ist erforderlich, da der Reaktor 15 765° C durch Verbrennung von Gas in ihm, das von und der Fliehkraftabscheider 16 unter einem Über- der Gaspumpe 23 den Hilfsbrennern zugeleitet wurde, druck stehen, während der Reaktor 17 mittels des Ge- vorgewärmt. Die Kohle wurde dann dem Reaktor 15 biases 22, das als saugender Ventilator arbeitet, unter zugeführt und das Verfahren wie nach der bevorzugten einem Unterdruck gehalten wird. 7° Ausführung durchgeführt. Die Zuführungsgeschwin-

digkeit betrug 60 kg/Std., die Höchsttemperatur in der ersten Stufe (Reaktor 15) 850° C. Die Mindesttemperatur in der zweiten Stufe (Fliehkraftabscheider 16) war 430° C, die Höchsttemperatur in der dritten Stufe (Reaktor 17) 1070° C. Es ergab sich eine zufriedenstellende Filterhilfe in einer Ausbeute von 50,1 %, bezogen auf das Trockengewicht der der ersten Stufe zugeführten Masse. Das Erzeugnis hatte einen Aschegehalt von 9,23 Gewichtsprozent, eine Kuchendichte von 257 g/l, ein Fließverhältnis von 153 und eine Durchsichtsklarheit von 44.

Beispiel 2

Eine gleiche Probe der zerkleinerten Kohle und die im Beispiel 1 verwendete Behandlungsvorrichtung wurden bei etwas abweichenden Reaktorverhältnissen verwendet. Die Zuführgeschwindigkeit betrug 72 kg/ Std.. die Höchsttemperatur in der ersten Stufe 875° C, die niedrigste Temperatur in der zweiten Stufe 436° C und die Höchsttemperatur in der dritten Stufe 1107⁰C. Eine zufriedenstellende Filterhilfe wurde in einer Ausbeute von 58,O^fl/o erhalten; hierbei betrug ihr Aschegehalt 7,8 Gewichtsprozent, ihre Kuchendichte 273 g/l, ihr Fließverhältnis 186 und die Durchsichtsklarheit 44.

Beispiel 3

Eine Probe einer bituminösen Kohle aus der Mine Red Jacket mit einem Gehalt an flüchtigen Stoffen von 22°/o und mit einer Korngröße von 75°/o unter 74 μ wurde in der im Beispiel 1 beschriebenen Weise behandelt, indem eine Zuführungsgeschwindigkeit von' 58,9 kg/Std. benutzt wurde, wobei eine Höchsttemperatur von 811° C im Reaktor 15 in der ersten Stufe und eine Höchsttemperatur von 1106° C im Reaktor 17 der dritten Stufe vorhanden war. Es wurde eine Ausbeute von 42% erzielt mit einem Aschegehalt von 5,80 Gewichtsprozent, einer Kuchendichte von 196,8g/l, einem Fließverhältnis von 198 und einer Durchsichtsklarheit von 29.

Beispiel 4

Eine Probe einer bituminösen Kohle aus der Mine Ditney Hill mit einem Gehalt an flüchtigen Stoffen von 36% und einer Korngröße von 63% unter 74 μ wurde in der im Beispiel 1 beschriebenen Weise behandelt, indem eine Menge von 69,7 kg/Std. zugeführt wurde. Die Höchsttemperatur des Reaktors betrug in der ersten Stufe 892° C und in der dritten Stufe 1213° C. Eine zufriedenstellende Filterhilfe wurde erhalten in einer Ausbeute von 30,6% mit einem Aschegehalt von 10,11 Gewichtsprozent, einer Kuchendichte von 238 g/l, einem Fließverhältnis 191 und einer Durchsichtsklarheit 38.

Beispiel 5

Eine Probe einer bituminösen Kohle aus der Mine Lillybrock Nr. 3 mit einer Korngröße von 75 bis 79% unter 74 μ wurde in der im Beispiel 1 beschriebenen Weise behandelt. Die Zuführmenge betrug 61 kg/Std. Die Höchsttemperatur im Reaktor der ersten Stufe betrug 923° C und das Luft-zu-Kohle-Verhältnis 1,19 m^s/kg. Eine zufriedenstellende Filterhilfe wurde erhalten; sie hatte bei einer Ausbeute von 70% ein Schüttgewicht von 296,0 g/l.

Beispiel 6

Eine Probe, die der im Beispiel 5 verwendeten Probe ähnlich war, wurde in der gleichen Weise mit der Ausnahme behandelt, daß die Zuführmenge 55,8 kg/Std. und die Höchsttemperatur des Reaktors der ersten Stufe 800° C betrug. Das Luft-zu-Kohle-Verhältnis betrug l,10m³/kg. Es ergab sich eine 69%ige Ausbeute bei einem Schüttgewicht von 216 g/l. 5

Beispiel 7

Die Probe einer bituminösen Kohle, die der im Beispiel 5 verwendeten Probe ähnlich war, wurde in der gleichen Weise, jedoch mit der Ausnahme behandelt,

ίο daß die Zuführmenge 56,2 kg/Std. und die Höchsttemperatur des Reaktors der ersten Stufe 790° C betrug. Das Luft-zu-Kohle-Verhältnis war l,10m³/kg. Es ergab sich eine hervorragende Ausbeute von 83% von einer ausgezeichneten Filterhilfe mit einem Schüttgewicht von 200 g/l.

Beispiel 8

Eine Probe einer bituminösen Kohle der Mine Williams, Seam Nr. 6, mit einem Gehalt an flüchtigen Bestandteilen von 37 Gewichtsprozent und einem Aschegehalt von 3% wurde bis auf eine Korngröße von 49% unter 74 μ vermählen und in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 behandelt. Die Temperatur des Reaktors der ersten Stufe betrug 793° C. Anstatt jedoch die Teilchen in den lotrechten Reaktor der dritten Stufe zu führen, wurden die Teilchen aus dem Fliehkraftabscheider 16 in einem sich bewegenden Bett in einer oxydierenden Atmosphäre 10 Minuten lang bei 815° C calciniert. Es wurde eine ausgezeichnete netzbare Filterhilfe in einer Ausbeute von 37,0% erhalten. Das Schüttgewicht des Erzeugnisses war sehr niedrig und betrug 112 g/l, das Fließverhältnis 135 und die Durchsichtdichte 69.

Die beschriebenen, aus Kohlenstoff bestehenden Filterhilfen sind als geeignet zum Filtrieren von alkalischen Lignin- oder Natriumaluminatlösungen, von denen die letzteren bei dem Aufarbeiten von Bauxit erzeugt wurden, ermittelt worden. In diesen Fällen wurde eine geringe Aufnahme von Silizium aus der Filterhilfe beobachtet. In allen Fällen genügten die Fließgeschwindigkeit und die Klärungseigenschaften den Erfordernissen der gewerblichen Verwendung. Zum völligen Verständnis der Erfindung sei darauf hingewiesen, daß die in den verschiedenen Beispielen erwähnten Reaktortemperaturen nicht die Teilchentemperaturen, sondern die atmosphärischen Temperaturen sind, die mittels Thermosäulen gemessen wurden, die in den Innenraum des Reaktors über in den Reaktorwänden befindliche, keramisch abgedichtete Bohrungen eingeführt wurden.

Es können auch andere bituminöse Stoffe zur Herstellung der erfindungsgemäßen, aus Kohlenstoff bestehenden Filterhilfen verwendet werden, vorausgesetzt, daß diese Stoffe sich bei der Erwärmung auf Formveränderungsvermögen ausdehnen können. Auch kann man andere übliche Typen von Reaktoren benutzen, solange in diesen Temperatur- und Luftbedingungen geschaffen werden können, wie sie in den vorstehenden Beispielen ausgeführt sind. An Stelle des lotrechten Reaktors 17 (Fig. 1) kann beispielsweise eine Wirbelschichteinheit, ein von außen beheizter Drehofen oder ein Herdofen, wie ein Herreshoff-Ofen, benutzt werden, in dem die Kohleteilchen allmählich nach unten geführt werden, während sie einem Strom heißer Gase ausgesetzt sind. Die nach dem beschriebenen Verfahren hergestellten Filterhilfen können auch nach Trocken- oder Naßverfahren klassiert (oder gemahlen und klassiert) werden, um die Fließgeschwindigkeiten, die Teilchengröße und die Teilchengrößenverteilung entsprechend den Erfordernissen

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der zu filternden Flüssigkeit zu regeln. Im allgemeinen ergibt ein Prozentsatz von unter ΙΟ-μ-Teilchen verbesserte Klärungen, wo dies nötig ist. Eine Mindestmenge von ΙΟ-μ-Teilchen verbessert wesentlich die Fließeigenheiten des Erzeugnisses in dem Falle, in dem die Klärung der Endlösung nicht unbedingt wichtig ist. Die Verwendung der erfindungsgemäßen Produkte ist nicht auf Filterhilfen begrenzt. Diese können auch anderen Zwecken dienen, beispielsweise als absorbierendes Kohlenstoffmaterial, wie es bei jo Explosivstoffen mit flüssigem Sauerstoff Verwendung findet.

Claims (4)

PATENTANSPRÜCHE.

1. Dreistufiges Verfahren zur Herstellung eines Filterhilfsmittels aus bitumenhaltiger Kohle kleiner Teilchengröße, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Verfahrensstufe die Kohleteilchen bei einer Temperatur des Reaktionsgefäßes zwischen etwa 620 und etwa 1100° C einer schnellen Aufwärmung unterworfen werden, welche über 1093° C Oberflächentemperaturanstieg je Sekunde beträgt, und hierbei kurzzeitig in einer gasförmigen Atmosphäre erhitzt werden, die Sauerstoff in einer solchen Menge enthält, daß wenigstens 10% der entwickelten brennbaren flüchtigen Stoffe unverbrannt bleiben, in der zweiten Stufe das feste Produkt der ersten Stufe bei einer Temperatur, die über der

Kondensationstemperatur der gebildeten Gase bzw. Dämpfe liegt, von den gasförmigen und dampfförmigen Produkten getrennt wird und in der dritten Verfahrensstufe das feste Produkt der zweiten Stufe auf eine Temperatur zwischen etwa 700 und 1260° C in Anwesenheit oxydierender bzw. inerter Gase erhitzt wird, bis die restlichen verbliebenen flüchtigen Bestandteile, die auf den Oberflächen der Teilchen verblieben sind, verbrannt oder abdestilliert sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangsmaterial bituminöse Kohle mit einem Gehalt an flüchtigen Stoffen zwischen etwa 15 und etwa 2O°/o verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in der ersten Verfahrensstufe eingesetzte Sauerstoff menge zwischen etwa 0,124 und etwa 0,248 m^s/kg, vorzugsweise zwischen etwa 0,136 und 0,218 m^s/kg Kohle beträgt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der kurzzeitigen Erhitzung in der ersten Stufe zwischen 730 und 900° C liegt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentanmeldung B 3530 IVa/12 i
kanntgemacht am 28. 2. 1952);

deutsche Patentschrift Nr. 909 453.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

909 629/278 9.