CH434211A - Verfahren und Einrichtung zum pyrolytischen Niederschlagen von Kohlenstoff in poröse Gegenstände - Google Patents

Description

  
 



  Verfahren und Einrichtung zum pyrolytischen Niederschlagen von Kohlenstoff in poröse Gegenstände
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum pyrolytischen Niederschlagen   von Kohlenstoff aus einem Gas auf auf e Oberfläche und    in die Poren poröser Gegenstände, z. B. aus Kohle, Metall und sonstigen schwer schmelzbaren Stoffen.



  Wenn die Erfindung auch besonderes vorteilhaft für die Behandlung von kohlehaltigen Stoffen erscheint, so eignet sie sich auch für die Behandlung von porösen Metallen und schwer schmelzbaren Materialien.



   Das pyrolytische Behandeln poröser Körper ist nicht neu; die bisherigen Verfahren bestehen in der Behandlung des Materials entweder einzeln und stückweise, oder in gewissen Mengen. Einzelbehandlung verläuft sehr langsam, während bei einer Massenbehandlung einzelne Artikel Gefahr laufen, keine gleichmässige Behandlung zu erfahren, weil nicht immer eine ebenmässige Strömung des pyrolysierenden Gases über alle Oberflächen und damit ein gleichmässiges Durchdringen aller behandelter Gegenstände erreicht werden kann.



  Auch die allmähliche Erschöpfung des Reaktionsgases kann zum Ergebnis führen, dass verschiedene Teile einer grösseren Menge von einem Gas ungleicher Konzentration umspült werden.



   Es besteht deshalb das Bedürfnis nach einem Verfahren, gemäss welchem eine Anzahl Gegenstände sicher einer im wesentlichen gleichen Behandlung unter denselben Bedingungen unterzogen werden.



   Entsprechend der vorliegenden Erfindung besteht das Verfahren zum pyrolytischen Niederschlagen von Kohlenstoff aus einem Gas in die Poren und auf die Oberfläche, poröser Gegenständen darin, dass die zu behandelnden Gegenstände langsam durch eine Reaktionszone bewegt werden, in der das Oxydieren hindernde Bedingungen herrschen und die Temperatur innerhalb eines vorbestimmten Bereiches gehalten wird, und dass ein zu Kohlenstoff pyrolysierbares Gas durch die Reaktionszone und über die Gegenstände geleitet wird.



   Es ist zweckmässig, das Pyrolysiergas in Gegenrichtung zur Bewegung der Gegenstände strömen zu lassen.



   Damit sich die Ablagerung des Kohlenstoffs innerhalb der Poren des zu   behandelnden    Körpers möglichst gleichmässig vollzieht, erscheint es als wünschenswert, die Temperatur während der Ablagerungszeitspanne zu reduzieren, indem die Gegenstände vom heisseren zum kühleren Ende der Reaktionszone geschoben werden.



  Die Temperatur, die am besten solchen Bedingungen entspricht, dass keine   Russbildung    am heisseren Ende auftritt, liegt im Bereich zwischen   900"    C und   800"    C, je nach Porengrösse der Gegenstände und Beschaffenheit des Gases. Bei Körpern mit kleineren Poren, z. B. ist eine niedrigere Temperatur zweckmässiger. An die Reaktionszone kann eine Zone zum Vorwärmen und eine solche zum nachträglichen Abkühlen der Gegenstände angeschlossen sein.



   Bei Gegenständen, die aus mit Harz gebundenem Kohlepulver bestehen und dem Verfahren unterworfen werden, wird das Harz durch das Vorerhitzen verkohlt.



   Die erfindungsgemässe Einrichtung zum Durchführen des beschriebenen Verfahrens ist gekennzeichnet durch ein Reaktionsgefäss, Mittel zum Regeln der Temperatur auf eine vorbestimmte Höhe in mehreren, längsweise angeordneten Bereichen im Reaktionsgefäss, Mittel zur Erzeugung des Pyrolysiergasstromes und Tragglieder zum längsweisen Hindurchführen der zu behandelnden Gegenstände von einem temperaturgeregelten Bereich zum nächsten, wobei diese Tragglieder derart beschaffen sind, dass sie dem Pyrolysiergas freien Durchfluss durch sie und um die Gegenstände herum gewähren.



   Das Reaktionsgefäss kann in Form eines Rohres aus feuerfestem Material, beispielsweise aus Kieselerde, bestehen und mehrere temperaturgeregelte Abschnitte aufweisen, so dass die Temperatur im ganzen erhitzten Teil des Rohres gleichmässig bleibt oder von deren einem Ende zum anderen stufenweise abfällt. Die zur Einrichtung gehörenden   Tragglieder - vorzugsweise    aus Graphit - können sich im Falle eines Rohres mit stufenweisem Temperaturgefälle langsam vom heisseren zum kälteren Ende durch das Rohr hindurchbewegen und dabei  so beschaffen sein, dass sie einen stetigen Strom des Pyrolysiergases durch sich   hindurch    und um die von ihnen getragenen Gegenstände herum strömen lassen.



   Der temperaturgeregelte Bereich kann gegebenenfalls nur den mittleren Teil des Reaktionsgefässes bilden.



   Bei einer vorteilhaften Ausführung passen die Tragglieder mit ihren Enden ineinander, und sie weisen miteinander verbundene Öffnungen auf, so dass das Pyrolysiergas hauptsächlich durch sie hindurchströmt, und die Berührung des Gases mit der Wandung des Reaktionsgefässes daher unbedeutend ist, weswegen die   Eimich-    tung durch Ablagerung von Kohle an der Gefässwandung kaum oder überhaupt nicht verstopft wenden kann.



   Die zu behandelnden Gegenstände werden zweckmässig in den Traggliedern derart angeordnet, dass das pyrolysierende Gas über die zu behandelnden Oberflächen strömen kann.



   Ein Ausführungsbeispiel der Einrichtung zur Behandlung von Gegenständen aus Graphit wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, wobei auch   rdas      erfindungsgemässe    Verfahren beispielsweise erläutert wird.



   Fig. 1 zeigt eine Gesamtansicht der Einrichtung;
Fig. 2 ist ein Längsschnitt durch die eine Endpartie B der Einrichtung; und
Fig. 3 zeigt ein Tragglied mit einem zu behandelnden Gegenstand aus Graphit.



   In Fig. 1 und 2 stellt 10 ein äusseres Gehäuse dar, das ein Reaktionsgefäss in Form eines Rohres 11 aus Kieselerde enthält.   Verbunden    mit dem äusseren Gehäuse 10 ist eine wassergekühlte Ummantelung 12, die auch das innere Rohr 11 an seinen Enden fest umschliesst.



   Die Einrichtung weist einen Einlass A auf, durch welchen die zu behandelnden Gegenstände eingeführt werden, und ein Austrittsende B. An diesem Ende befindet sich eine   Austrittkammer    13, durch welche die behandelten Gegenstände die Einrichtung verlassen. Die Kammer 13 besitzt ein Zuleitungsrohr 15 für das   Pyro-    lysiergas und ein anderes Rohr 16 für Spülgas. Die Einrichtung enthält ferner eingebaute Temperaturregler 14 zur Regelung der Temperatur im Reaktionsgefäss.



   Fig. 2 zeigt zylindrische Graphitgegenstände 21, wie sie in ebenfalls aus Graphit bestehenden Traggliedern 20 untergebracht sind, die ihrerseits in das innere Rohr
11 passen. Die einzelnen Tragglieder 20 greifen mit ihren Enden ineinander und bilden eine ununterbrochene fortlaufende Reihe im inneren Rohr 11.



   Mittel zum elektrischen Erhitzen des inneren Rohres
11 bestehen aus einem äussern Rohr aus Kieselerde 19, das mit   Ni-Crtdraht    17 umwickelt ist und fünf Heizbereiche bildet, wobei jedem solchen Bereich ein Temperaturregler 14 zugeordnet ist. Die Heizvorrichtung ist von einer Isolation 18 umgeben.



   Das Zuleitungsrohr 15 für das   Pyrlysiergas    ist verschiebbar in einer Dichtung 22 und im   Abschiussdeckel    23 der Kammer 13 angeordnet und weist eine End scheibe 24 auf, die genau auf das Ende des letzten Trag gliedes 20a passt und es abschliesst.



   Die Austrittskammer 13 ist mit nicht dargestellten Mitteln zum Anbringen einer abgedichteten Klapptür, einer Rutsche und eines Sammelkastens zur Aufnahme der Tragglieder 20 versehen, welche Teile ebenfalls nicht abgebildet sind.



   Fig. 3 zeigt ein Tragglied 20 mit dem den vorgesehe nen Platz einnehmenden Gegenstand 21. Das gezahnte Innere 25 des Traggliedes 20 gewährt dem Gas einen Durchfluss rings um das Äussere des zu behandelnden Gegenstandes 21.



   Die Wirkungsweise der beschriebenen Einrichtung ist wie folgt:
Das Reaktionsgefäss wird vom Zuleitungsrohr 16 aus von einem steten Stickstoffstrom durchflossen, der am Ende A ins Freie tritt. Das Gefäss wird gleichzeitig erhitzt, wobei im mittleren Teil ein ungefähr lineares Temperaturgefälle aufrecht erhalten wird, das von   900"    C am Ende A bis zu   850"    C am Ende B reicht.



   Zuerst werden Versuchstragglieder 20 in das Rohr 11 eingeführt, wonach mit den zu behandelnden Gegenständen 21 beladene Tragglieder vom Ende A aus hintereinander in das Rohr 11 hinein und durch dieses hindurch geschoben werden.



   Sobald der erste Gegenstand 21 in einen Bereich mit geregelter Temperatur eintritt, wird der Stickstoffstrom durch einen Strom von Stickstoff plus Benzol ersetzt, der mittels des Gaszuleitungsrohres 15 hineingeleitet wird. Dieser Gasstrom fliesst mitten durch die Gegenstände 21 und tritt schliesslich am Ende A ins Freie.



  Das durch die Gegenstände diffundierende Gas entweicht längs der Verzahnungen 25 im Inneren der Tragglieder 20.



   Die Tragglieder werden langsam durch das Rohr 11 geschoben, bis das Glied 20a in die Austrittskammer 13 gelangt. Der Benzolfluss zum Stickstoffstrom wird abgestellt, und das Rohr 15 und die Endscheibe 20 werden in Pfeilrichtung X zurückgezogen, um die Endscheibe 24 und das Glied 20a voneinander zu trennen. Das Glied 20a wird darauf vom Glied 20b gelöst und in die (nicht dargestellte) Abfuhrvorrichtung gebracht.



   Das Gaszuleitungsrohr 15 und die Endscheibe 24 werden dann in ihre ursprüngliche Stellung zurückgeschoben, wobei die Enscheibe mit dem Tragglied 20b in Eingriff gelangt. Sobald das erfolgt, wird der Stickstoffstrom wieder durch einen Strom von Stickstoff plus Benzol ersetzt.



   Ein weiteres voll beladenes Tragglied wird in das Ende A (Fig. 1) eingeführt und stösst diejenigen Glieder, die sich schon im Rohr 11 befinden, vorwärts, wonach sich der oben beschriebene Vorgang wiederholt.



   Dieses Vorgehen wird wiederholt, bis die gewünschte Anzahl von Gegenständen 21 der Behandlung unterworfen wurde. Die Behandlung eines jeden Gegenstandes erfordert rund 20 Stunden.



   Die Verwendung von Traggliedern 20 zur Beförderung der Gegenstände 21 durch das Reaktionsgefäss bewahrt sie vor Schaden durch Scheuerwirkung und beschränkt den Gebrauch der Einrichtung nicht auf einen einzigen Artikel.



   Im Falle von hohlen Bestandteilen können innere Packungen vorgesehen werden, um die benötigte Gasstrommenge zu vermindern. Die Form und Lage der Packung im Innern jedes Bestandteiles ist dann derart, dass eine gleichmässige Pyrolysiergasströmung über die Oberfläche des Bestandteiles gewährleistet wird.



   In einem Beispiel hatte das innere Rohr 11 eine Länge von 3,35 m; das äussere Kieselerdrohr 19 mass 2,76 m und war mit fünf abgemessenen Längen von Heizdraht 17 umwickelt, wobei es in   seiner    Mitte über eine Länge von   1, 83 m    ein Temperaturgefälle von    900"    C bis   850"    C erhielt.



   Die einzelnen Tragglieder 20 waren 15,25 cm lang,    bestanden aus Graphit und d trugen je zwei Graphitgegen-     stände 21, die der Behandlung unterworfen werden mussten.



   Das Benzol wurde in das Reaktionsgefäss unter einem Partialdruck von 27 cm Hg und mit einer Geschwindigkeit von 1,6 Liter/min eingeführt.



   Beispielsweise wird Graphit mit einem durchschnittlichen Porendurchmesser von 10 Mikron unter Verwendung eines Benzol/Stickstoff-Gemisches als pyrolysierendes Gas bei einer Höchsttemperatur von   850"    C behandelt.   

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH 1 Verfahren zum pyrolytischen Niederschlagen von Kohlenstoff aus einem Gas in die Poren und auf die Oberfläche poröser Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass die zu behandelnden Gegenstände langsam durch eine Reaktionszone bewegt werden, in der das Oxydieren verhindernde Bedingungen herrschen und die Temperatur innerhalb eines vorbestimmten Bereiches gehalten wird, und dass ein zu Kohlenstoff pyrolysierbares Gas durch die Reaktionszone und über die Gegenstände geleitet wird.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur von einem Ende der Reaktionszone zum anderen im wesentlichen gleichbleibend gehalten wird.

   2. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur vom einen Ende der Reaktionszone zum anderen verändert wird.

   3. Verfahren nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionszone aus verschiedenen räumlichen Bereichen mit bestimmter Temperatur besteht, und dass die Temperatur längs der ganzen Zone von Bereich zu Bereich abgestuft ist.

   4. Verfahren nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur mindestens in einer mittleren Teilstrecke der Reaktionszone vom einen Ende der Teilstrecke zum anderen im wesentlichen gleichmässig abgestuft wird.

   5. Verfahren nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zu behandelnden Gegenstände vom heisseren zum kälteren Ende der Reaktionszone geschoben werden.

   6. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass das pyrolysierbare Gas durch die Reaktionszone entgegen der Bewegung der Gegenstände strömt.

   7. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die zu behandelnden Gegenstände durch an den äussersten Enden der Reaktionszone vor handene Zonen für die Vorerhitzung und Abkühlung hindurchbewegt werden.

   PATENTANSPRUCH II Einrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Patentanspruch I, gekennzeichnet durch ein Reaktionsgefäss, Mittel zum Regeln der Temperatur auf eine vorbestimmte Höhe in mehreren, längsweise angeordneten Bereichen im Reaktionsgefäss, Mittel zur Erzeugung des Pyrolysiergasstromes und Tragglieder zum längsweisen Hindurchführen der zu behandelnden Gegenstände von einem temperaturgeregelten Bereich zum nächsten, wobei diese Tragglieder derart beschaffen sind, dass sie dem Pyrolysiergas freien Durchfluss durch sie und um die Gegenstände herum gewähren.

   UNTERANSPRÜCHE 8. Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass dieTragglieder mit ihren Enden so aneinander passen, dass sie hintereinander durch das Reaktionsgefäss hindurchgeschoben werden können und dass die Tragglieder miteinander in Verbindung stehende Hohlräume aufweisen, derart, dass das Pyrolysiergas hauptsächlich durch die Tragglieder hindurchströmt und nur in geringem Masse mit der inneren Wandung des Reaktionsgefässes in Berührung tritt und dadurch die Kohleabscheidung auf ihr nur geringfügig ist.

   9. Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass das Ende des Reaktionsgefässes durch eine gasdichte Austrittskammer abgeschlossen ist, in welcher die Tragglieder nach ihrem Durchgang durch das Reaktionsgefäss geschoben werden können, derart, dass der Verlust an Pyrolysiergas eingeschränkt und der Eintritt von oxydierenden Gasen in das Reaktionsgefäss praktisch verhindert wird.

   10. Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorhanden sind, die das Pyrolysiergas im wesentlichen unmittelbar in das Innere der hohlen Tragglieder hineinleiten.

   11. Einrichtung nach den Unteransprüchen 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaszuleitung durch die Austrittskammer hindurchführt.