-
Verfahren zur Aktivierung kohlenstoffhaltiger Stoffe mittels von außen
eingeführter Aktivierungsgase Es ist bekannt, daß die Aktivierung kohlenstoffhaltigen
Materials mit aktivierenden Gasen je nach der Art des Ausgangsmaterials beträchtliche
Temperaturen erfordert, z. B. 700
bis iooo°. Es hat sich ferner als vorteilhaft
erwiesen, für diesen Aktivierungsprozeß möglichst hohe Temperaturen und kurze Zeitdauer
anzuwenden.
-
Es ist ferner bekannt, daß bei der Aktivierung mit Gasen, wie Wasserdampf
und Kohlensäure, die den Sauerstoff chemisch gebunden enthalten, ganz beträchtliche
Wärmemengen zur Durchführung des Prozesses aufgewendet werden müssen. Infolgedessen
gewinnt die Frage einer vorteilhaften direkten Beheizung des Aktivierungsguts erhöhte
Bedeutung, zumal angesichts des Umstandes, daß durch die üblichen Schamotteretorten
von etwa 6o mm Wandstärke auch bei einem Temperaturgefälle von mehreren i oo° nur
sehr geringe Wärmemengen pro Stunde und Einheit der Heizfläche zugeführt werden
können.
-
Man hat die direkte Beheizung durchgängig so ausgeführt, daß man die
Einwirkung des Heizgases und des aktivierenden Gases auf das Aktivierungsgut nicht
voneinander getrennt hat. Entweder hat man die Einwirkung der sich mischenden oder
bereits gemischten Gase zugelassen oder aber einfach das verbrennende oder verbrannte
Heizgas selber, das ja immer Kohlensäure und Wasserdampf enthält, zur Aktivierung
benutzt. Es wurde nun gefunden, daß man mit großem Vorteil die Einwirkung des Heizgases
und des aktivierenden Gases scharf trennt, und zwar derart, daß man die Heizgase
nur so weit an die Schicht des zu aktivierenden Guts heranführt, daß sie durch Strahlung
die fortwährende Aufheizung gestatten, jedoch nicht das zu aktivierende Gut durchsetzen
können, während anderseits das aktivierende Gas in voller Konzentration, z. B. reiner
Wasserdampf oder aber ein reduzierendes Gas mit mindestens 3o 0/Q Kohlensäure, die
Schicht des Aktivierungsguts durchströmt. Durch geeignete Messung der Strömungsgeschwindigkeit
des aktivierenden Gases hat man es leicht in der Hand, die Heizflamme, die bei vollständiger
Ausnutzung des Heizwertes der Heizgase stets noch unverbrannten Sauerstoff enthalten
wird, von der unmittelbaren Eimvirkung auf das Aktivierungsgut fernzuhalten, mechanisch
dadurch, daß der Strom der aktivierenden Gase eine Art Schutzpolster auf der Oberfläche
des zu aktivierenden Guts bildet, chemisch dadurch, daß die aktivierenden Gase,
die während des Durchganges durch das rotglühende Aktivierungsgut teilweise in Wasserstoff
bzw. Kohlenoxyd bzw. ein Gemisch beider übergeführt worden sind, nun selber brennbar
geworden sind und in erster Linie den überschüssigen Sauerstoff der Heizflamme verzehren
werden. Diese Anordnung hat den weiteren unmittelbaren Vorteil, daß durch die
Verbrennung
des bei der Aktivierung entstandenen Wasserstoffs und Kohlenoxyds unmittelbar über
der Oberfläche des zu aktivierenden Guts die größte Hitzeentwicklung in nächster
-Nähe der Oberfläche des Guts stattfindet und dadurch die direkte Beheizung so intensiv
wie nur möglich gestaltet wird.
-
Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, das schichtenförmig ausgebreitete
zu aktivierende Gut während des Aktivierungsprozesses fortwährend gut durchzumischen,
um zu bewirken, daß nach und nach alle Einzelteilchen einer Schicht in die obersten
Flächen kommen, die der Beheizung am stärksten ausgesetzt sind, und dann in aufgeheiztem
Zustande wieder in tiefere Schichten zurückkehren, wo sie der Einwirkung der aktivierenden
Gase in erhöhtem Maße ausgesetzt sind. Jedoch sollen diese Durchmischungsvorrichtungen
nicht bezwecken, das aktivierende Gut in eine sogenannte wirbelnde Bewegung oder
gar in Schwebezustand zu bringen. Es ist im Gegenteil erwünscht, daß das Aktivierungsgut
auf seiner Unterlage ruhen bleibt, da sonst ein Teil des Guts durch die Strömung
des aktivierenden Gases und der Heizgase davongetragen wird.
-
Natürlich kann das Prinzip des Aktivierungsverfahrens auch zur Ausführung
einer teilweise auf chemischem Wege stattfindenden Aktivierung verwendet werden,
indem man das zu aktivierende Gut vorher in an sich bekannter Weise mit geeigneten
Chemikalien tränkt und das Produkt der Aktivierung, wenn nötig, von den Rückständen
dieser Chemikalien durch irgendwelche Waschprozesse wieder befreit.
-
Man hat zwar bereits beobachtet, daß das Aktivierungsgut, namentlich
auch in flach schichtenförmiger Anordnung, dadurch vor einer direkten Berührung
mit den Heizgasen geschützt wird, daß die bei der Verkohlung bz-,v. Verkokung entweichenden
Dämpfe und Gase das Aktivierungsgut einhüllen. Man hat weiter versucht, diese Gasentwicklung
durch Zusatz von gasentwickelnden Stoffen, wie Dolomit, Kalkstein oder Braunstein,
zu dem Aktivierungsgut zu verstärken bzw. zu verlängern. Die Zumischung dieser anorganischen
Bestandteile ist aber unzweckmäßig, da sie nur mühevoll und unvollständig von dem
fertigen Endprodukt getrennt werden können. Ferner ist es selbst auf diese Weise
nicht möglich, im letzten Stadium eines auf die Erzeugung hochaktivierten Materials
gerichteten Prozesses bei den höchsten Temperaturen diese Gasentwicklung noch so
stark zu machen, daß der gerade dann sehr nötige Schutz durch die gebildete Gashülle
noch in genügender Weise zustande kommt. Dies ist der grundsätzliche Nachteil, der
bei dem bekannten Verfahren die Erzielung hochaktivierten Materials unter Vermeidung
allzu großen Abbrandes unmöglich macht. Im Gegensatz hierzu werden bei dem vorliegenden
Verfahren die durchzuleitenden Gase außerhalb des Aktivierungsguts erzeugt und von
außerhalb in der jeweils je nach Aktivierungsbedingungen und -absichten erforderlichen
Menge und Zusammensetzung herangeführt. Es ist also danach möglich, die zugleich
aktivierend wirkenden Gase in beliebig regelbarer Menge und z. B. in erhöhtem Maße
dann hindurchzuleiten, wenn die Erreichung der Höchsttemperatur des Prozesses einen
besonders ausgiebigen Schutz des Aktivierungsguts erfordert.
-
Das Prinzip des Aktivierungsverfahrens sei an Hand der schematischen
Abb. i und 2 beispielsweise erläutert. Es stellt in Abb. i A eine waagerechte Unterlage
aus feuerfestem Material dar, die infolge ihrer natürlichen Porosität oder durch
geeignete Bohrungen in der Lage ist, die aktivierenden Gase durchtreten zu lassen.
Auf dieser Unterlage A ruht das zu aktivierende kohlenstoffhaltige Material, z.
B. Holzkohlengrieß, in einer dünnen Schicht B. Die Heizgase mit einer Temperatur
von beispielsweise iooo bis i2oo° C werden waagerecht über die Oberfläche des zu
aktivierenden Guts hin-weggeführt. Die durch das aktivierende Gut hindurchströmenden
und an der Oberfläche austretenden Aktivierungsgase verhindern die unmittelbare
Berührung der Heizgase mit dem kohlenstoffhaltigen Material, wodurch eine zu weit
gehende Erhitzung und Aufzehrung der jeweils in der obersten Schicht befindlichen
Teilchen verhindert wird. Die Aktivierungsgase üben ferner gleichseitig eine Schutzwirkung
aus infolge ihrer reduzierenden Wirkung, da sie beim Durchgang durch das kohlenstoffhaltige
Material zum Teil eine Umwandlung in brennbare Gase, wie Wasserstoff und Kohlenoxyd,
erfahren. Da diese Gase ferner unmittelbar über der Oberfläche des kohlenstoffhaltigen
Materials mit dem in den Heizgasen enthaltenen Sauerstoff verbrennen, erhöhen sie
den Heizeffekt in unmittelbarer Nähe des aufzuheizenden Materials, was besonders
wichtig an Stellen ist, wo die Heizgase infolge eines längeren Weges schon etwas
abgekühlt hingelangen.
-
In Abb. 2 ist A die tragende Platte aus feuerfestem, gasundurchlässigem
Material. Die aktivierenden Gase werden mit Hilfe eines oder mehrerer Rohre C in
die Schicht des zu aktivierenden Materials B eingeführt, zweckmäßig durch nach abwärts
gerichtete öffnungen des Rohrs C, um Verstopfungen zu vermeiden. Abb.2 zeigt ferner
eine andere Erhitzungsweise, indem gegenüber der zu aktivierenden Schicht eine Anzahl
von Brennern D
angebracht sind, deren Heizgase auf die Oberfläche
der aktivierenden Schicht prallen, jedoch an einer zu weit gehenden schädlichen
Einwirkung auf das kohlenstoffhaltige Material durch die ausströmenden Aktivierungsgase
gehindert werden.
-
Die beiden Abbildungen sollen das der Erfindung zugrunde liegende
Aktivierungsprinzip nur beispielsweise veranschaulichen. Es ist im Rahmen der Erfindung
möglich, das zu aktivierende Gut auch anders als waagerecht zu lagern.
-
Eine Anordnung gemäß Abb.2 kann mit Vorteil zur Ausführung des Verfahrens
gemäß Anspruch 2 dienen, indem die in der Schicht des zu aktivierenden Materials
eingebetteten Rohre C als Rechen oder Rührer zur Durchmischung des Aktivierungsguts
benutzt werden, es kann ferner die Bewegung der feuerfesten Unterlage A gegen die
feststehenden Rohre C zur Durchmischung des Aktivierungsguts benutzt werden.