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Verbesserung des Adsorptionsvermögens von aktiven Kohlen bei der Erzeugung
und Wiederbelebung Die Erfindung betrifft eine Verbesserung des Adsorptionsvermögens
aktiver Kohlen und anderer adsorbierender Stoffe bei ihrer Erzeugung und Wiederbelebung.
Bezüglich der Erzeugung bezweckt die Erfindung hauptsächlich die Erlangung von hochaktiven
Kohlen, die ein vielseitig entwickeltes Absorptionsvermögen für Gase, Flüssigkeiten,
Kolloide, Bakterien, Gifte, Farbstoffe usw. zeigen. Es ist bekannt, daß die Aktivität
aller bestehenden aktiven Kohlearten nur unvollkommen ist, oder daB ihr Absorptionsvermögen
oft nur einseitig entwickelt ist und eine große Selektivität zeigt, so daß diese
aktiven Kohlen wohl gute Eigenschaften für die Behandlung bestimmter Stoffe besitzen,
aber für andere Absorptionszwecke nur wenig oder gar nicht geeignet sind. Diese
Selektivität des Absorptionsvermögens von aktiver Kohle steht teilweise auch im
Zusammenhang mit ihrer Erzeugungsweise. Die aktiven Kohlen unterscheiden sich durch
die Art und Natur des Rohmaterials, dessen Dichte, Porengröße und Zusammensetzung
(Cellulose, Lignin), so-- wie auch durch die Art ihrer Erzeugung. Z. B. ist eine
Kohle, die durch Einwirkung von aktivierenden Gasen bei einer Glühtemperatur von
8oo bis i ioo° C erzeugt ist, verschieden von einer Kohle, die durch Einwirkung
von verkohlenden ,oder wasserentziehenden Chemikalien bei einer niedrigeren Temperatur
von nur 3oo bis 6oo° C hergestellt ist. Auch aktive Kohlen, die durch verschiedene
Gase (Chl,or, Schwefeldioxyd, Sauerstoff usw.) erzeugt werden, weichen genau so
voneinander ab, wie aktive Kohlen, die mit Hilfe verschiedener Chemikalien hergestellt
sind, meistens voneinander verschieden sind (Phosphorsäure, Zinkchlorid usw.).
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In bezug auf die Wiederbelebung bezweckt die Erfindung die Wiederherstellung
des ursprünglichen Absorptionsvermögens erschöpfter Kohle u. dgl. Es sind bereits
Wiederbelebungsverfahren bekannt, wie z. B. das Glühen der mit adsorbierten Verunreinigungen
beladenen Kohle oder die Anwendung von Chemikalien, wie z. B. Salzsäure, Lauge oder
oxydierender und reduzierender Chemikalien usw. Bisher ist es aber praktisch noch
nicht gelungen, eine befriedigende Wiederbelebung der erschöpften Kohle zu erreichen.
Die wiederbelebte Kohle zeigte noch immer einen bedeutenden Rückgang ihres Adsorptionsvermögens.
Dieser Rückgang ist insbesondere darauf zurückzuführen, daß die aufgenommenen Verunreinigungen
nicht aus der Kohle entfernt werden, sondern sich in der einen oder anderen Form
auf der aktiven Kohleoberfläche absetzen. Z. B. tritt beim Glühverfahren der Übelstand
auf, daß die organischen Verunreinigungen verkohlt und als -inaktive, sogenannte
sekundäre Kohle auf die aktive Kohleoberflläche niedergeschlagen werden, so daß,
die aktive
Kohleoberfläche inaktiv gemacht wird. Es war bisher auch
schwierig, Kohle (z. B. in sich bewegenden Schichten) gleichmäßig und überall auf
die gewünschte Temperatur zu erhitzen in Anbetracht der bekannten Tatsache, daß
die Kohle die Wärme schlecht leitet. Auch die Einwirkung von Chemikalien ist nur
sehr unvollständig, da diese gewöhnlich nur auf einen Teil der aufgenommenen Stoffe
einwirken können.
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Gemäß vorliegender Erfindung wird die zu behandelnde Kohle. mit dem
elektrischen Strom in kontinuierlichem Betrieb behandelt. Bei Erhitzung entweder
einer zu aktivierenden oder einer wiederzubelebenden Kohle auf Glühtemperatur von
6oo bis i2oo° C unter unmittelbarer Durchführung des elektrischen Stromes wird ,eine
überraschende Erhöhung der Aktivität erzielt. Diese Erscheinung dürfte an erster
Stelle darauf zurückzuführen sein, daß die Elektrizität eine äußerst gleichmäßige
Erhitzung der Kohle bewirkt. Infolge der schlechten Wärmeleitung der Kohle macht
sich nämlich im allgemeinen bei jedem Aktivierungsverfahren der Übelstand einer
ungleichmäßigen Erhitzung .der Kohle bemerkbar, was natürlich die Aktivierung der
Kohlte beeinträchtigt. Dagegen ermöglicht die unmittelbare elektrische Beheizung
eine sehr gleichmäßige Durchdringung der einzelnen Kohleteilchen. Auch in dieser
Beziehung z. B. kann deshalb von einer günstigen Einwirkung der Elektrizität auf
die aktive Kohleoberfläche gesprochen werden. Man kann dabei derart verfahren, daß
man die zu behandelnde Kohle zwischen Elektroden, z. B. Kohleelektroden, anordnet
und auf geeignete Temperatur erhitzt, wobei die zu behandelnde Kohle selbst als
elektrischer Widerstand dienen kann. Die aktivierte Kohle leitet den elektrischen
Strom besser als nicht aktivierte oder nur teilweise aktivierte Kohle. je nachdem
die Temperatur der Kohle steigt, wird die elektrische Leitfähigkeit der Kohle besser,
so daß die glühende Kohle dem elektrischen Strom nur geringen Widerstand bietet.
Die Verunreinigungen in der Kohle leisten jedoch großen Widerstand. Bei Durchführung
des Verfahrens kann man sowohl die Elektroden als auch die zu behandelnde Kohle
beweglich machen. Die elektrische Beheizung ist sowohl bei der eigentlichen Aktivierung
von Kohle durch Einwirkung von Gasen oder Chemikalien, bei der nachträglichen Behandlung
bereits aktivierter Kohle (Nachglühen) als auch bei dem Trocknen bzw. Calcinieren
und bei der Wiederbelebung von erschöpfter Kohle durch Glühen anwendbar.
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So kann man die elektrische Erhitzung mit dem Durchleiten oder sonstiger
Einwirkung von Gasen und Dämpfen (z. B. von überhitzten Dämpfen) kombinieren, oder
man kann sie bei einer mit Chemikalien imprägnierten Kohle vornehmen. Wird z. B.
eine mehr oder weniger feuchte Kohle dem Erhitzen durch den elektrischen Strom ausgesetzt,
so 'bildet sich dabei Wasserdampf, der gleichzeitig aktivierend oder zersetzend
auf die Kohle bzw. auf die kohlenst6ffhaltigen Verunreinigungen einwirkt.
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Wird eine Kohle oder ein kohlenstoffhaltiges Material, die Elektrolyte
enthalten oder mit Elektrolyten versetzt wurden, dem elektrischen Strom ausgesetzt,
so wirken die elektrisch geschmolzenen oder verflüssigten, gegebenenfalls durch
Elektrolyse in statu nascendi gebildeten Umsetzungsprodukte sehr energisch und führen
zu aktivierten Produkten mit besonderem Adsorpüonsvermögen. Auf diese Weise kann
z. B. eine Aktivierung durch Na Cl usw. erfolgen, wobei sichtlich metallisches Na
als auch C12 aktivierend wirkt. Durch geeignete Wahl des Elektrolyten kann man gleichzeitig
mehrere Aküvierungsvorgänge nebeneinander verlaufen lassen. Der Stromverbrauch kann
so geregelt werden, daß, Verlust an Chemikalien nicht entsteht. Die Regeneration
oder Aktivierung mit feuchtem Na Cl z. B. kann so geleitet werden, da.ß das frei
werdende C12 mit dem Wasserstoff des Rohmaterials oder der Verunreinigungen einer
erschöpften Kohle nur eben H Cl bildet, die wieder durch Stromzufuhr in Cl -umgewandelt-wird;
dieser Kreislauf wiederholt sich, bis der verlangte Grad der Einwirkung erreicht
ist.
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Auf den Zeichnungen sind beispielsweise zwei Vorrichtungen zur des
vorliegenden Verfahrens dargestellt. Es sei aber ausdrücklich bemerkt, daß, die
Ausführung der vorliegenden Erfindung nicht auf die Verwendung dieser Vorrichtungen
beschränkt ist, sondern da.ß im Rahmen der Erfindung jede geeignete Vorrichtung
für die elektrische Behandlung zum Zwecke der Aktivierung, der fortgesetzten Aktivierung,
des Trockners, der Calcinierung.oder der Wilederbelebung von Kohlen angewendet werden.
kann.
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Abb. i und 2 der Zeichnung stellen einen senkrechten Querschnitt bzw.
einen senkrechten Längsschnitt einer Vorrichtung zur elektrischen Behandlung von
Kohle dar.
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Abb. g ist ein senkrechter Schnitt durch eine andere Ausführungsform
der Vorrichtung. Die Behandlung wird ausgeführt in dem Behälter i, wobei die zu
behandelnde Kohle von unten, z. B. in. nassem Zustande, eingeführt und oben abgeführt
wird. In diesem Behälter sind eine Anzahl Elektroden 2 angeordnet, die sich bei
der abgebildeten Ausführungsform abwechselnd in einer waagerechten
Ebene
im oberen Teil des Behälters befinden. In dieser Weise wird die kontinuierlich von
unten zugeführte, z. B. kalte oder nasse Kohle in der Nähe der Elektroden auf Glühtemperatur
gebracht, und nach vollendeter Einwirkung wird die noch heiße Kohle aus dem Behälter
dadurch entfernt, daß sie durch die nachkommende Kohle verdrängt und über den Rand
3 des Behälters herabfällt. Die aktive Kohle ist in glühendem Zustand nämlich sehr
beweglich. Die heiße Kohle gelangt in die Rinnen 4, in denen sie mit Hilfe der Schnecke
5 weiterbefördert wird. Gegebenenfalls kann man die Rinne 4. mit einem doppelten
Mantel 6 zur Abkühlung mit Hilfe von Wasser versehen. Die glühende, regenerierte
Kohle kann auch in einem Außenmantel des Zuführungsrohres befördert werden, wobei
sie ihre Wärme an die feuchte und kalte Kohle abgibt. Das behandelte und gegebenenfalls
abgekühlte ;Material wird durch die Schnecke 5 zum Behälter 7 befördert.
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Die Gase und Dämpfe, die infolge der Hitzebehandlung aus der Kohle
entwickelt werden, können durch Rohr 8 abgezogen und in der üblichen Weise vom Kohlenstaub
befreit werden.
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Eine geeignete Bewegung des Materials, um das Verfahren kontinuierlich
zu machen, kann man auch wie folgt erhalten: Vom unteren Ende des Behälters wird
das zu behandelnde Material kontinuierlich aufwärts befördert, z. B. mit Hilfe einer
senkrecht angeordneten Schnecke 9. Die Zufuhr des zu behandelnden Materials zum
unteren Ende dieser Schnecke kann z. B. aus dem Trichter i o erfolgen, dem das Material
aus der mit einer Schnecke i i versehenen Rinne 12 zugeführt wird. Es können auch
geeignete Mittel vorgesehen werden, wie z. B. eine waagerecht angeordnete Schnecke
mit größerer Leistung als die Schnecke 9, wodurch das Material bei seiner Aufwärtsbewegung
durch die Schnecke 9 gedrückt wird.
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Der Behälter i mit Elektroden 2 und der darunter befindlichen Zuführungseinrichtung
9 bildet eine Einheit, von der gegebenenfalls eine Anzahl nebeneinander aufgestellt
und finit Hilfe von Zahnrädern und einer gemeinschaftlichen Welle 13 angetrieben
werden.
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Während die Einrichtung nach Abb. i und 2 insbesondere für die Behandlung
von pulveriger Kohle in Betracht kommt, kann man die in Abb.3 dargestellte Vorrichtung
vorzugsweise für die Behandlung von körnigem Material benutzen. Diese Vorrichtung
besteht aus einem senkrechten Ofen 2o, -der mit feuerfestem Material 2 1 ausgekleidet
ist. Als Elektroden dienen z. B. die senkrechte Elektrode 22 in der Achse des Ofens
und die ringförmige Elektrode z3; zwischen diesen Elektroden wird der Strom zwecks
Erzielung der erforderlichen Hitze _Zeregelt. Das zu behandelnde Material wird kontinuierlich
aus dem Trichter 24 zugeführt und gelangt in kontinuierlicher Bewegung zwischen
den Elektroden 22 und 23 zu dem Unterende des Ofens, von wo es durch die Bewegung
des Drehschiebers 25 in den Behälter 26 fällt. Gegebenenfalls können aktivierende
oder andere Gase, wie Wasserdampf, bei 27 zugeführt werden, und fernerhin kann für
geeagnete Gasabfuhr bei 28 Sorge getragen werden.
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An Stelle der senkrechten Anordnung nach Abb. i und 2 kann man auch
den Behälter i und die Zuführschnecke 9 waagerecht anordnen, wobei dann die Elektroden
in einer senkrechten anstatt waagerechten Ebene liegen können. Die Anordnung der
Elektroden kann in beliebiger Weise geändert werden. Das Prinzip der Behandlung
bleibt dabei dasselbe.
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Die beispielsweise beschriebenen Ausführungsformen können im Rahmen
der Erfindung jede zweckmäßige Abänderung erfahren, sofern. die Vorrichtungen zur
Verbesserung des Adsorptionsvermögens von aktiven Kohlen durch elektrische Behandlung
hei der Herstellung oder Wiederbelebung dienen. So kann man in dem elektrischen
Ofen ein voraktiviertes oder noch nicht voraktiviertes oder ein- vorverkohltes Material
behandeln, das man in geeigneter @Veise mit Chemikalien oder mit Wasser getränkt
oder vorbehandelt hat, wobei nach dem Glühen eine Aktivierung oder fortgesetzte
Aktivierung der Kohle stattfindet. Auch kann man das Aktivierungsverfahren im elektrischen
Ofen unter Zuführung von aktivierenden Gasen vornehmen.
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Dasselbe gilt für die Wiederbelebung im elektrischen Ofen, wobei man
entweder die erschöpfte Kohle, vorgetrocknet oder nicht vorgetrocknet, ohne besondere
Vorbehandlung behandeln kann; man kann auch die erschöpfte- Kohle zuerst mit aktivierenden
Chemikalien imprägnieren und dann im elektrischen Ofen glühen, oder man kann während
des Aktivierungsvorganges noch aktivierende Gase, z. B. oxydierende oder ätzende
Gase oder Dämpfe= wie Cl, S02, O usw.;,: durch den Ofen hindurchleiten.
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Um eine möglichst hohe Gleichmäßigkeit der elektrischen Behandlung
der Kohle zu erzielen, empfiehlt,es sich, die zu behandelnde feinpulvrige oder körnige
Kohle mit einem grobkörnigen Material, z. B. Koks, zu mischen, wobei dann der Koks
besonders als elektrischer Widerstand dient und der- elektrische Strom hauptsächlich
durch die groben Koksstücke hindurchgeleitet wird. Da die Koksstücke
in
dieser Weise gleichmäßig auf Glühtemperatur erhitzt werden, findet hierdurch auch
eine gute Erhitzung des beigemis-ehten feinpulvrigen Materials statt. Man kann auch
z. B. beim Glühen von körniger, aktivierter Kohle aktive Kohle in Staubform beimischen.
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In !den dargestellten Vorrichtungen wird das Material kontinuierlich
behandelt. Die Kohle wird nur einer einzigen Einwirkung von Elektroden ausgesetzt.
Aber es kann für eingehende Hitzebehandlung empfehlenswert sein, die Kohle zwei
oder mehrere Reihen von Elektroden entlang zu führen. Auf diese Weise kann man eine
stufenweise Erhitzung der Kohle erzielen. Auch kann man so verfahren, d'aß man die
Kohle zuerst dadurch erhitzt, daß man sie mit einem durch elektrischen Strom erhitzten
Körper, z. _ B. einem widerstandsfähigen. Metallgewerbe, durch das man die Kohle
hindurchgehen lä.ßt, in Berührung bringt, worauf die Kohle durch unmittelbares Hindurchleiten
des elektrischen Stromes weiter erhitzt wird. Man kann in den elektrischen Öfen
die elektrische Heizung auch mit jeder anderen Wärmequelle, wie Außenbeheizung,
Durchleiten von ververbrannten, brennen--den oder brennbaren Gasen, Oberflächenverbrennung
usw., kombinieren.