Titel: | Die Gewinnung von Brenntorf nach dem Dr. Ekenbergschen Verfahren. |
Autor: | Dierfeld |
Fundstelle: | Band 325, Jahrgang 1910, S. 151 |
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Die Gewinnung von Brenntorf nach dem Dr.
Ekenbergschen Verfahren.
Von Regierungsbaumeister Dierfeld.
Die Gewinnung von Brenntorf nach dem Dr. Ekenbergschen
Verfahren.
Bei dem gegenwärtigen Verfahren der Gußeisen- und Stahlbereitung ist die
Holzkohle wegen ihres geringen Schwefel- und Phosphorgehaltes ein ausgezeichnetes
Mittel zur Herstellung der feinsten Gußeisensorten und der zementierten Stähle. Die
ungeheure Entwicklung der Holzstoff- und Nutzholzindustrie in den letzten 20 Jahren
bewirkte jedoch, daß Waldungen, die früher den Rohstoff zur Holzkohlenbereitung
lieferten, jetzt für diese Industrien nutzbar gemacht wurden. Wo früher gut
gewachsene Stämme verkohlt wurden, werden jetzt nur Zweige und Abfall zu den Meilern
gebracht; die Folge ist ein Niedergang der Holzkohlenerzeugung, welche nur noch in
entlegenen Ländern blüht, wo der Wert von Waldungen niedrig ist. Gleichzeitig hat
sich die Nachfrage nach Holzkohle stetig vergrößert mit der Fortentwicklung der
Industrie, und es sind Fälle bekannt, wo Eisenwerke geschlossen werden mußten, weil
sie nicht hinreichende Mengen Holzkohle zu annehmbarem Preise erhalten konnten. Seit
langer Zeit schon wurde auf die Erschließung der Torfmoore zu diesem Zwecke
hingewiesen, und tatsächlich würde Torf ein passendes Rohmaterial für Holzkohle
abgeben, da er durch Verwesung von Pflanzen- und Holzteilen unter Luftabschluß
entsteht und sich aus mehr oder weniger oxydierter Zellulose mit verhältnismäßig
wenig Schwefel und Phosphor zusammensetzt. Torfmoore sind über die ganze
Erdoberfläche zerstreut, und nach Schätzungen bekannter Geologen ruht mehr
Kohlenstoff in diesen Torflagern als in allen bekannten Kohlenfeldern. Jedoch kann
der Kohlenstoff in Torfmooren nicht ohne weiteres nutzbar gemacht werden, da ein gut
entwässertes Torfmoor im Durchschnitt ungefähr 87½ v. H. Wasser und nur 12½ v.
H. Torfmasse enthält. Es ist versucht worden, dies Wasser durch Erhitzen verdampfen
zu lassen, doch zeigt eine einfache Rechnung, daß zum Erhitzen mehr Torf gebraucht
wird, als das Verfahren an trockner Torfmasse liefern könnte. Wie schon erwähnt,
kommen auf 1 kg theoretisch trockener Torfmasse ungefähr 7 kg Wasser. 1 kg trockener
Torf kann aber im besten Fall nur 5–6 kg Wasser verdampfen und hieraus ergibt sich
die praktische Unmöglichkeit dieses Verfahrens. Die einzige primitive Methode,
welche bisher praktische Erfolge gezeitigt hat, ist die, den Torf während der
Sommermonate an der Luft zu trocknen. Man ist aber hierbei zu sehr von
Witterungsverhältnissen abhängig, eine regelmäßige Brennstofflieferung während des
ganzen Jahres kann wegen der kurzen Produktionszeit nur schwer erfolgen und die
dabei Verwendung findende Handarbeit macht das Verfahren teuer, so daß die Industrie
von diesem Brennstoffe bei dem heutigen Gewinnungsverfahren keinen Nutzen ziehen
kann. Häufig wurde nun angeregt, das Wasser aus der Torfmasse durch starkes Pressen
zu entfernen, und Versuche mit faserigem Oberflächentorf hatten auch positive
Resultate, aber der in den Torflagern vorherrschende schwarze Brenntorf gibt auch
unter dem stärksten Drucke das Wasser nicht ab.
Der schwedische Forscher, Dr. Martin Ekenberg, hat nun,
wie er in einem Vortrage vor dem Londoner Iron and Steel
Institute ausführte, ein praktisch brauchbares Verfahren gefunden, nach
welchem man ein fast wasserfreies Brennmaterial aus roher Torfmasse gewinnt.
Versuche führten zu der Entdeckung, daß das Wasser der Torfmasse sich deshalb
nicht durch noch so starken Druck entfernen läßt, weil in reifer (ganz verwester)
Torfmasse 0,2–1,2 v. H. einer schleimigen Hydrozellulose enthalten sind, die durch
den langen Kontakt von Wasser mit Zellulose in den verwesten Pflanzenresten des
Torfes entsteht. Der Forscher untersuchte zahlreiche Torfproben aus allen Teilen der
Welt, und fand, daß alle diese Hydrozellulose enthalten, welche bemerkenswerte
Eigenschaften hat. So ist sie in Torf gewaltig aufgeschwellt und hat durch
Wasseraufnahme eine gallertartige Form von der Konsistenz weicher Seife angenommen.
Unterwirft man derartige Torfmasse starkem Drucke, so wird der Druck nach allen
Richtungen, wie bei einer homogenen Lösung, übertragen, auch wird sie durch die
Maschen grober Leinwand unverändert hindurchgehen, ohne sich vom Wasser zu trennen.
Je größer der Gehalt an Hydrozellulose ist, um so schwieriger wird die Abscheidung
des Wassers. Unter dem Mikroskop kann sie deutlich gesehen werden, wenn man das
Präparat mit Fuchsin oder Methylenblau färbt. Fig. 1
zeigt die Struktur von schwarzem, reifen Torf bei 250facher Vergrößerung; es sind
nur wenige Fasern Fig. 2. vorhanden, deren Zellen
mit einer gelatineartigen Substanz, der Hydrozellulose, angefüllt und umgeben sind.
Der Oberflächentorf erscheint dagegen aus sehr zahlreichen Fasern zusammengesetzt,
deren Zellen wenig oder gar keine Hydrozellulose enthalten. Wird diese
Hydrozellulose entfernt oder zerstört, so kann der Hauptteil des Wassers in der
Torfmasse leicht von den pflanzlichen Ueberresten durch mäßig starken Druck getrennt
werden. Durch Versuche wurde nun gefunden, daß die Hydrozellulose schnell Dextrose
bildet und zerstört wird durch Erhitzen auf über 150° C in Gegenwart von zugefügtem
Wasser. In Fig. 2 sehen wir derartig behandelte
reife Torfmasse in 150-facher Vergrößerung: Die Struktur der Zellen ist noch
erkennbar, aber die Hydrozellulose ist verschwunden. Wenn man die Temperatur beim
Erhitzen steigert, so finden gewisse Aenderungen statt. So wächst der Kohlenstoff
geh alt im Torfe allmählich mit steigender Temperatur, während ein Teil des
Wasserstoffs und Sauerstoffs dabei Wasser bilden. Der Unterschied zwischen diesem
Verfahren und der gewöhnlichen Trockenverkohlung in Retorten ist die Gegenwart von
Wasser, welches jedes Torfteilchen umgibt und ein viel besserer Wärmeleiter als Gas
ist, indem es gemäß der angewandten Temperatur eine scharf begrenzte Verkohlung mit
gleichförmiger Wirkung gestattet. Das Erhitzen hat natürlich in geschlossenen
Gefäßen zu geschehen, um Verdampfung zu vermeiden.
Textabbildung Bd. 325, S. 152
Fig. 1.
Textabbildung Bd. 325, S. 152
Fig. 2.
Da das erhitzende Medium hierbei überhitztes flüssiges Wasser ist, und da der Gehalt
an Kohlenstoff im Torfe steigt, bezeichnete Dr. Ekenberg sein Verfahren als „nasse Verkohlung“. Die Wirkung der
nassen, verglichen mit der trockenen Verkohlung, kann aus Tab. 1 ersehen
werden. Das Material für diese Bestimmungen wurde erhalten, indem Torf mit Wasser
auf 150° C erhitzt, dann das Wasser ausgepreßt und der Torf vollständig bei 150° C
getrocknet wurde. Für die trockene Verkohlung wurde dieser Torf dann in Retorten bis
auf 260° C erhitzt, während beim nassen Verfahren dem Torfe das Siebenfache seines
Gewichtes in Wasser zugefügt wurde.
Tabelle 1.
AngewandteTemperaturin Graden C
Erhaltene Kohle i. v. H.
Trockner Prozeß
Nasser Prozeß
160
98,5
97,8
180
92,6
93,5
200
80,2
91,1
220
70,1
87,1
240
59,6
81,5
260
51,8
78,2
Beim trocknen Verfahren wurden große Mengen Gas und Teer frei, während Säuren und
Wasser überdestillierten. Praktisch keine Gasentwicklung wurde beim nassen Prozeß
beobachtet, der Teer bleibt in dem Torf und nur Spuren von Säuren werden gebildet.
In dem ausgepreßten Wasser waren 0,1–0,6 v. H. von festen organischen Bestandteilen
enthalten, und es ergab sich die merkwürdige Tatsache, daß der Wassergehalt der
Torfmasse nach dem nassen Prozeß höher als vorher war. Zwei Bestimmungen ergaben die
Werte in Tab. 2.
Tabelle 2.
Verkohlungstemperatur
180° C
200° C
Wassergehalt vor dem Erhitzen i. v. H.
87,5
87,5
Wassergehalt nach d. Erhitzen i. v. H.
88,3
88,6
Feste Bestandteile im
ausgepreßten Wasser i. v.
H.
0,3
0,4
Prozentsatz des trocknen Torfes, der nachher Wasser
bildet. i. v. H.
4,4
6,1
Ein Teil der Torfmasse geht also während der Naßverkohlung in Wasser über, und
dementsprechend verringert sich das Gewicht des erzeugten Torfes dabei. Dies
bedeutet aber keinen tatsächlichen Verlust, sondern gewissermaßen nur eine
Konzentration, da der Heizwert des Torfes im Verhältnis steigt, wie aus Tab. 3 zu
ersehen.
Tabelle 3.
Heizwertin Kalorien
Torf „S“ wasserfrei, roh „ „ naßverkohlt
bei 170° C „ „ „ „ 225°
C „ „ „ „ 320° C
5571588064806800
Torf „T“ wasserfrei, roh „ „ naßverkohlt
bei 200° C
49506250
Torf „L“ wasserfrei, roh „ „ naßverkohlt
bei 160° C „ „ „ „ 180°
C „ „ „ „ 200° C „ „
„ „ 230° C
51505210583059806200
Torf „W“ (junger Torf) wasserfrei,
roh „ „ naßverkohlt bei 200° C
45506080
Torf „D“ (junger Torf) wasserfrei, roh „
„ naßverkohlt bei 200° C
47406120
Der Heizwert scheint hauptsächlich von der Höhe der angewandten Temperatur
abzuhängen. Man sieht aus obiger Tabelle, daß junger, faseriger und alter, reifer
Torf bei gewisser Temperatur ein Erzeugnis von ungefähr gleichem Heizwerte ergeben,
was von großer praktischer Wichtigkeit ist, da hierdurch die Herstellung eines
gleichförmigen Produktes aus den verschiedenen Schichten eines Torflagers gesichert
ist. Der einzige Unterschied zwischen jungem und altem Torfe scheint darin zu
bestehen, daß junger Torf mehr Wasser bildet, also eine geringere Ausbeute an fester
Torfmasse liefert, als reifer Torf. Mit steigendem Heizwert bezw. Temperatur wächst
der Gehalt an Kohlenstoff, wie die Tab. 4 und 5 zeigen.
Tabelle 4.
Torf „S“
Roher Torfv. H.
Naßverkohltbei 170° Cv. H.
Kohlenstoff
56
60,20
Wasserstoff
5,90
6,0
Stickstoff
1,33
1,38
Sauerstoff
32,68
28,32
Asche
3,50
3,7
Tabelle 5.
Gehalt i. v. H.an
Torf naßverkohlt bei
180° C
200° C
220° C
Kohlenstoff
61,9
63,8
65,9
Wasserstoff
6,8
6,3
58
Stickstoff
1,2
1,1
1,1
Sauerstoff
27,1
25,7
24
Asche
3
3,1
3,2
Die naßverkohlten, gepreßten Torfkuchen zeigen einen etwas höheren Stickstoffgehalt
als der Rohtorf, wie aus nachstehender Analyse eines irischen Torfes zu ersehen:
Roher Torf Naßverkohlt
v. H.
bei 180° C v. H.
Stickstoff
in
der trocknen Substanz
1,10
1,170
„
„
dem ausgepreßten Wasser
0,002Nur sehr
wenig Wasser konnte ausgepreßt werden.
0,009.
Um die Wirkung des Erhitzens bei verschiedenen Temperaturen zu bestimmen, wurde
folgender Versuch gemacht: Einer sehr reifen schwarzen Torfmasse mit hohem
Hydrozellulosegehalt wurde soviel Wasser zugefügt, daß auf einen Teil Torfsubstanz
sieben Teile Wasser entfielen. Diese Masse wurde dann in einen homogenen Brei
verwandelt, in ein feines Preßtuch gefüllt und mit 20 at gepreßt; es schied sich
kein Wasser ab, und das Tuch barst, während bei einem gröberen Tuche die Masse
unverändert durch die Maschen ging. Jetzt wurde die Torfmasse erst erhitzt und dann
einem allmählich wachsenden Drucke von 20 at unterworfen. Das Ergebnis zeigt Tab.
6.
Man sieht aus dieser Tabelle, daß beim Erhitzen bis 150° nur wenig Wasser abscheidet;
bei 150° aber ist eine plötzliche Aenderung merkbar, ein Zeichen dafür, daß die
Hydrozellulose sich zersetzt. Aus obigen Versuchen ist nicht der Einfluß des
Pressens auf die Wasserabscheidung zu ersehen, worüber ebenfalls eine Reihe von
Untersuchungen angestellt wurden. Hierzu wurde roher Torf mit dem Siebenfachen
seines Gewichts an Wassergehalt in einer hydraulischen Presse verschiedenen Drucken
unterworfen, und das dabei ausgepreßte Wasser an gewissen Punkten gemessen. Sowie
das Wasser aufhörte zu fließen, wurde der Druck nicht mehr verstärkt. Die
Ergebnisse sind graphisch in Fig. 3 dargestellt,
worin die Kurven anzeigen, wieviel Teile Wasser aus einem Teile Torfsubstanz bei
bestimmter Temperatur und gewissem Drucke ausgepreßt werden. Der Einfluß der
Hydrozellulose ist deutlich aus der geradlinig verlaufenden Kurve bei 125° zu sehen,
wo nur sehr wenig Wasser abgeschieden wird, und auch bei Drucken von 280 at wurde
nicht viel mehr Wasser bei 125° ausgepreßt. Alle Kurven verlaufen anfangs
geradlinig; die Kurve für 160° zeigt durch ihren fast wagerecht verlaufenden oberen
Teil, daß noch etwas Hydrozellulose vorhanden ist. Aus dem Verlauf der Kurven über
180° sehen wir, daß für praktische Zwecke wenigstens 180° angewandt werden müssen,
und daß der Hauptteil des Wassers, d. i. 5 von den 7 Teilen, sehr schnell schon bei
2–4 at ausgeschieden wird. Der Druck darf hierbei nicht plötzlich ansteigen, sondern
muß im Zeitraum von ungefähr einer Minute von 0–50 at wachsen.
Textabbildung Bd. 325, S. 153
Fig. 3.
Tabelle 6.
Torfbreierhitzt aufC°
Im Preßkuchenbleibendes Wasserf. d. kg
Torfsubstanzin kg
AusgepreßtesWasserf. d. kg
Torfsubstanzin kg
80
Preßtuch geplatzt
–
100
6,5
0,5
125
6
1
150
3,5
3,5
160
2
5
180
1,5
5,5
200
1
6
220
0,75
6,25
240
0,5
6,5
In Anbetracht der großen abzuscheidenden Wassermenge hielt Dr. Ekenberg Erhitzen für zu kostspielig und versuchte
mehrere andere Mittel, um die Hydrozellulose zu zerstören. Er wandte chemische
Mittel, z.B. Schwefelsäure und Kalziumoxyd an, aber auch diese waren nur bei
gleichzeitigem Erhitzen wirksam und so wurde der Prozeß noch teurer. Dann wurde
elektrischer Gleich- und Wechselstrom während des Pressens durch die Torfmasse
geschickt; endlich wurde sie vor dem Auspressen gefroren; aber nichts war von Erfolg
begleitet, wie aus Tab. 7 hervorgeht.
Das Ergebnis obiger Untersuchungen und Experimente zeigt außer Zweifel, daß nach
vorherigem Erhitzen von Torf auf eine gewisse Temperatur der Hauptteil des Wassers
mechanisch durch mäßiges Pressen ausgetrieben werden kann, endlich, daß dies
Verfahren die verschiedenen Torfarten eines Lagers in ein Erzeugnis von
gleichförmiger Beschaffenheit und gleichem Heizwerte verwandelt. Bei industrieller Anwendung
im großen hat dies Verfahren den Vorzug, daß hierzu keine weiteren Rohmaterialien
als die Torfmasse selbst erforderlich sind. Die nötige Hitze und Kraft kann durch
einen Teil des Torfes selbst erzeugt werden, so daß die Fabrikation ganz unabhängig von Wetter, Jahreszeiten und
Preisschwankungen ist. Die Verkohlung erfolgt nach Erreichung der richtigen Hitze
augenblicklich, und zur Herstellung von Brennstoff aus roher Masse kommt daher nur
die Zeit in Betracht, die zum Erhitzen, Abkühlen und Pressen nötig ist. Das Pressen
kann in einer Minute erledigt werden und das Erhitzen und Abkühlen dauert nicht
länger als das Erhitzen und Abkühlen von Wasser, wenn ein passender Apparat hierzu
verwandt wird. Die Lufttrocknung des Torfes erforderte ein bis drei Monate; mit
guten mechanischen Einrichtungen sollte der Naßverkohlungsprozeß nicht länger als
insgesamt 30 Minuten dauern.
Tabelle 7.
Reifer Torf
Im PreßkuchenverbleibendesWasser f. d.
kgTrockensubstanz
AusgepreßtesWasser f. d.
kgTrockensubstanz
Feste Torfmasse
6,75
0,25
Zu Brei gerührter Torf
7
0
Fester Torf, ausgesetzt einem Strom von 50–100
Volt
6
1
Fest. Torf, ausges. einem Strom von 50–100 Volt bei 80°
C
5
2
Breiiger Torf, ausgesetzt einem Strom von 50–100
Volt.
5,75
1,25
Breiig Torf, ausges. ein. Strom von 50–100 Volt bei 80°
C
5,25
1,75
Fester Torf, ausgesetzt einem Strom von 1000
Volt
5,5
1,5
Breiiger Torf, gefroren und 1 Std. nach Auftauen
gepreßt
6,13
0,87
Fester Torf, gefroren
5
2
(Fortsetzung folgt.)