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Verfahren zur Behandlung poröser Brennstoffe, vorzugsweise Holzkohle, mit sauerstoffhaltigen
Gasen.
Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, Holzkohle und ähnliche poröse Brennstoffe in der Weise zu verbessern, dass die Anbrenngesehwindigkeit erhöht wird, um diese Brennstoffe insbesondere zur Einleitung der Verbrennung schwerer entzündlicher Brennstoffe, wie z. B. Steinkohle oder Koks, besonders geeignet zu machen.
Die freie Verbrennung von Holzkohle und Brennstoffen überhaupt wird bekanntlich dadurch eingeleitet, dass man diese vorerst durch Erwärmung auf die ihnen eigene Verbrennungstemperatur bringt und zur Weiterleitung des Verbrennungsprozesses den brennbaren Bestandteilen des Brennstoffes (meist C und H) sodann eine bestimmte Menge von Sauerstoff zuführt.
Wenngleich zur Fortführung der Verbrennung Sauerstoff an sich genügen würde, so steht dieser praktisch nur als sogenannter Luftsauerstoff zur Verfügung. Dieser wird der Atmosphäre entnommen, die jedoch nur zirka 21% Sauerstoff, hingegen zirka 79% Stickstoff enthält. Da der Stickstoffgehalt der Luft für den Verbrennungsprozess keinerlei Bedeutung hat, so muss dem Brennstoff ein Vielfaches an Luft im Vergleich zu reinem Sauerstoff zugeführt werden, um jene Menge von Sauerstoff zu erhalten, die für die Verbrennung einer bestimmten Brennstoffmenge unbedingt notwendig ist. Durch die unnütze Erwärmung des Stickstoffanteiles wird viel Wärme entzogen, so dass der Nutzeffekt stets um vieles geringer erscheint als er theoretisch nach der Formel C+OCO sein müsste.
Wenn man Holzkohle mit Luft ohne besondere Massregeln in innige Berührung bringt, so findet nur eine beschränkte Aufnahme von Sauerstoff statt ; zudem ist die Aufspeicherung zum grössten Teil nur vorübergehend, indem der Sauerstoff leicht wieder abgegeben wird. Der Grund für diese Erscheinung liegt darin, dass die Tension des in den ausgebrannten, parenchymatischen Zellräumen befindlichen, durch den Luftdurchgang entstehenden wirbelnden Wasserdampfes, der aus hygroskopiseh festgehaltenem Wasser gebildet wird, viel zu hoch ist, um eine grössere und dauernde Festhaltung von Sauerstoff in der Holzkohle zu ermöglichen.
Das Verfahren gemäss der Erfindung besteht nun im Wesen darin, dass man getrocknete, poröse brennbare Stoffe der Einwirkung eines vorgewärmten, zweckmässig getrockneten Stromes von Luft oder andern sauerstoff haltigen Gasen bei erhöhter Temperatur (z. B. von 70-80 C), vorzugsweise durch mehrere Stunden aussetzt, wobei man allenfalls abwechselnd mit vorgewärmter Luft solche mit niederer Temperatur, z. B. von 5-10 auf das Gut einwirken lässt.
Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass praktisch wasserfreie, vorzugsweise auf etwa 70-730 C angewärmte Holzkohle in einem Strom von trockener Pressluft so grosse Mengen von Sauerstoff aufnimmt, dass eine nachträgliche Verbrennung der in dieser Weise mit Sauerstoff imprägnierten Holzkohle unter Erscheinungen verläuft, die der Verbrennung im reinen Sauerstoffstrom sehr ähnlich sind.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform lässt man den Strom sauerstoffhaltiger Gase auf das Gut einwirken, während es sich unter einem Überdruck befindet, wobei man zweckmässig nach Beendigung des Durchblasens das Gut unter Aufrechterhaltung des Druckes auskühlen lässt. Die Be- handlung mit Pressluft u. dgl. kann mehrere Stunden dauern.
Zur Durchführung des Verfahrens gemäss der Erfindung werden zum Beispiel möglichst gleich- förmige, holzapfelgrosse Stücke von Meiler-oder Retortenholzkohle auf geeigneten Trockenanlagen bis zur vollständigen Entfernung des hygroskopisch festgehaltenen Wassers vorgetrocknet. Das Gut wird
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sodann in einer Vorrichtung behandelt, von der eine Ausführungsform in der Zeichnung in Ansicht, teilweise im Schnitt, dargestellt ist.
Die Vorrichtung weist einen etwa 3 Meter hohen, stehenden Eisenzylinder 1 auf, in den das vor- gewärmte, entwässerte Gut gebracht wird, der oben und unten mittels abnehmbarer Deckel 2 und. 3 druckdicht verschliessbar ist. Der Zylinder 1 ist aus genietetem Kesselblech angefertigt und für einen Betriebsdruck von 12 Atm. beanspruchbar. Im Inneren besitzt er leicht ausnehmbare, dem Zylinderdureh- messer angepasste, kreisrunde Siebe 10 aus perforiertem Stahlblech, die in gleichen Entfernungen von
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Rohre 4, 5, die durch die Deckel 2 bzw. 3 hindurchtreten, wird die Luft in den Zylinder- ? eingeblasen. In dem Zylinder sind weiters Rohre 8 vorgesehen, die mit Sicherheitsventilen 9 ausgestattet sind und durch die die Luft austreten kann.
Die Rohre 8 durchsetzen das Gut und die Siebe 10 und sind knapp oberhalb der Siebe mit Löchern 6 versehen. Die Siebe 10 haben den Zweck, einerseits der Druckluft eine gleichmässigere Strömungsbahn zu schaffen, anderseits das Gut in den unteren Schichten von dem Eigendruck zu entlasten. Nach der Füllung und nachdem der Zylinder in allen seinen Teilen druckdicht verschlossen ist, wird begonnen, Pressluft, die knapp vor Eintritt in den Zylinder durch eine geeignete Apparatur vollkommen von Wasser befreit und zugleich auf eine Temperatur von 70 C gewärmt wurde, mittels eines Luftkompressor in einen Windkessel 12 und von diesem in den Zylinder 1 einzublasen.
Beginnen nun die auf 8 Atm. Spannung eingestellten Sicherheitsventile 9 in Funktion zu treten, so wird für die ganze Dauer des Durchblasens die die ganze Höhe des Zylinders durchflutende, die eingebettete Holzkohle in allen ihren Teilen durchdringende Pressluft in immer gleichbleibender Spannung entweichen. Die Strömungsgeschwindigkeit ist so zu bemessen, dass mindestens das 150-200fache Zylindervolumen an Luft (gemessen bei 760 mm und 00) pro Minute zur Durchflutung gelangen soll.
Die 5-6 Stunden währende Durchspülung mit Luft unter Druck kann entweder bei einer konstanten Temperatur von etwa 70 C stattfinden oder aber es können regelmässig wiederkehrende Pressluftströme von stark verschiedenen Temperaturen (warm, kalt) Anwendung finden. Zu diesem Zwecke wird ein zweiter Windkessel 13 für Kaltluft vorgesehen. Durch eine geeignete Anordnung von Ventilen können die Windkessel 12 bzw. 13 an ein Zuführungsrohr oder an beide Zuführungsrohre 4,5 angeschlossen werden. Nach der Durchspülung werden sowohl sie Ventile 9 als auch die Zuführungsleitungen zozo geschlossen und der Inhalt des Zylinders unter Druck zur allmählichen Abkühlung gestellt.
Derart imprägnierte Kohle nimmt pro 1 cm3 280 cm3 Sauerstoff auf, während lufttrockene Kohle behaftet mit ihrem natürlichen Feuchtigkeitsgehalt und ohne Druckluftdurchflutung nur 14-16 cm3 Sauerstoff-gemessen bei 760 mm und 00 - aufzunehmen imstande ist. Durch diese Anreicherung mit Sauerstoff wird bewirkt, dass die Verbrennung des Brennstoffes vollständiger verläuft und vor allem, dass die Verbrennungsgeschwindigkeit sehr beträchtlich erhöht wird. Die gewonnene, mit Sauerstoff beladene Holzkohle kann selbst als Brennstoff verwendet werden, eignet sich aber eben wegen ihrer erhöhten Verbrennungsgeschwindigkeit insbesondere zur Verwendung als Unterzünder. Gleiches gilt von andern erfindungsgemäss mit Sauerstoff imprägnierten porösen Brennstoffen, wie z. B.
Braunkohle, Koks, Grude, Torf u. dgl.
Die in der angegebenen Weise erzielte Beladung des porösen Brennstoffes mit Sauerstoff ist eine dauernde, d. h. es findet auch in längeren Zeiträumen nur eine verhältnismässig geringe Sauerstoffabnahme beim Lagern statt. Zweckmässig kann das behandelte Gut noch durch Tauchung oder in sonstiger Weise mit Stoffen wie Paraffin, Petroleum, Harz, Leim, Kautschuk, Gelatine, Öle, Alkalien u. dgl. sowie deren Gemische oberflächlich in Form eines dünnen Hütchens überzogen werden, welches als Gas- abschluss dient. Hiedurch wird die Stabilität des Sauerstoffgehaltes noch erhöht.
Wenn man gleichzeitig mit dem sauerstoffhaltigen Gas auch geringe Mengen von leicht brennbaren Stoffen, wie z. B. Benzin, auf das Gut zur Einwirkung bringen will, kann man die entsprechend temperierte Pressluft mit geringen Mengen feinst zerstäubten Benzins aus einem Behälter 14, das durch Düsen 15, die knapp vor dem Eintritt in den Zylinder in der Mitte des Rohres angebracht sind und deren Mündung gegen den Pressluftstrom gerichtet sind, zusetzen und dieses Gemisch auf die trockene Holzkohle mehrere Stunden hindurch unter einer Spannung von 4 bis 6 Atm. einwirken lassen. In diesem Falle muss der Pressluftstrom auf seinem ganzen Wege geschlossen sein, bzw. zurückgeleitet werden können.
Da der Heizwert derart präparierter Holzkohle weit über der Summe der Heizwerte beider Rohmaterialien (Holzkohle + Benzin) liegt, so ist anzunehmen, dass nicht nur eine starke Aufspeicherung von Sauerstoff erfolgt, sondern sowohl das Benzin als auch die Holzkohle eine den Heizeffekt äusserst günstig beeinflussende, chemische Veränderung erfahren. Das Verfahren gemäss der Erfindung zeichnet sich durch einfache und billige Betriebsführung aus, da der kostenlos zur Verfügung stehende Luftsauerstoff benutzt wird, um poröse Brennstoffe in weitgehendem Ausmasse zu veredeln.
Es war schon bekannt, dass Holzkohle Sauerstoff aus der Luft schneller und ungefähr die doppelte Menge aufzunehmen imstande ist, als Luftstickstoff. Hierauf beruht eine Anzahl von Verfahren zur Zerlegung der Luft in Stickstoff und Sauerstoff und zur Gewinnung des letzteren, indem man den von der Holzkohle bevorzugt adsorbierten Sauerstoff aus den Poren durch Erwärmen oder sonst in geeigneter Weise entbindet.
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In der englischen Patentschrift Nr. 1388 AD 1869 ist ferner vorgeschlagen worden, tierische oder pflanzliche Kohle in Pulverform zu erhitzen, um die Luft auszutreiben und verschiedenartige Gase auf die Kohle im erhitzten Zustand einwirken zu lassen, wie z. B. Metalldämpfe, Phosphordämpfe, Brom und andere Gase, ferner auch Ozon, Chlor, Sauerstoff, Stickstoff usw. Die so behandelte Kohle soll als Heizmittel Verwendung finden.
Keiner dieser Vorschläge hat sich auf die Herstellung von verbesserten Heizmitteln aus Holzkohle bezogen, und es ist völlig unbekannt geblieben, dass mit Sauerstoff beladene Holzkohle als Heizmittel, insbesondere zur raschen Einleitung der Verbrennung schwer entzündlicher Stoffe, hervorragend geeignet sind. Dazu sind auch die Arbeitsweisen, welche zur Behandlung von Kohle mit Sauerstoff zu andern Zwecken bekanntgeworden sind, von den gemäss der Erfindung anzuwendenden Massnahmen sehr verschieden.
Schliesslich sei auch darauf hingewiesen, dass Untersuchungen über die Selbstentzündung von Kohle vorgenommen worden sind, um die Bedingungen zu ermitteln, die beim Transport und der Lagerung eingehalten werden müssen, damit die Kohle nicht in Brand gerät. Hiezu wurden Proben von Holzkohle in einem elektrischen Ofen erhitzt und ein Luftstrom bestimmter Geschwindigkeit über die Kohle geführt, wobei die Bedingungen hinsichtlich Temperatur der Kohle und der Geschwindigkeit des Luftstromes ermittelt wurden, bei welchen die Kohle sich spontan entzündete.
Aus diesen Untersuchungen konnte aber weder im allgemeinen ein Hinweis auf die Herstellung verbesserter Heizmittel durch Beladung von Holzkohle u. dgl. mit Sauerstoff entnommen werden, noch das besondere Verfahren gemäss der Erfindung, welches die Anreicherung poröser Brennstoffe mit Sauerstoff in einem Höchstmass und in beständiger Form gestattet.
Mit Kohlenwasserstoffdämpfen imprägnierte Blöcke aus Sägespänen, geschliffenem Holz u. dgl. hat man mit Harz behufs Verschliessung der Poren und Verhinderung des Wiederaustrittes der flüchtigen Kohlenwasserstoffe überzogen. Es handelt sich aber in diesem Falle nicht um in den Poren gebundene Gase, geschweige denn um Sauerstoff, sondern um Flüssigkeiten, deren Verdunstung hintangehalten werden soll.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Behandlung poröser Brennstoffe, vorzugsweise Holzkohle, mit sauerstoffhaltigen Gasen bei erhöhter Temperatur, dadurch gekennzeichnet, dass zwecks Herstellung eines insbesondere
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poröse brennbare Stoffe der Einwirkung eines vorgewärmten, zweckmässig getrockneten Stromes von Luft oder andern sauerstoffhaltigen Gasen bei erhöhter Temperatur (z. B. von 70-80 C), vorzugsweise durch mehrere Stunden ausgesetzt werden, wobei man allenfalls abwechselnd mit dem vorgewärmten Gasstrom einen solchen mit niederer Temperatur, z. B. von 5 bis 10 , auf das Gut einwirken lässt.