DD291974A5 - Verfahren zur herstellung von calciumcarbid - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Calciumcarbid aus Calciumoxid und Koks bei Temperaturen oberhalb 2 000C im Elektroschmelzofen. Das Ziel der Erfindung besteht darin, den Umsatz von Calciumoxid und Koks zu Calciumcarbid zu erhoehen bzw. den Material- und Energieaufwand zu reduzieren und die Qualitaet des Calciumcarbides zu erhoehen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Kokskomponente, die ueber ein Porenvolumen im Porenradienbereich von 75 bis 75 000 A von 0,005 cm3/g bis 0,5 cm3/g verfuegt, einer zielgerichteten Auswahl zu unterwerfen. Erfindungsgemaesz wird die Aufgabe dadurch geloest, dasz ein Koks ueblicher Koernung eingesetzt wird, der einen Quotienten aus dem Porenvolumen und dem Quadrat der Porenlaenge groeszer 210 19 cmg aufweist.{Porenstruktur; Koks; Calciumcarbid; Reaktivitaet}

Description

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Es ist allgemein bekannt, Calciumcarbid aus Calciumoxid und Koks bei Temperaturen oberhalb von 2000"C im Elektroschmelzofen herzustellen. Hierbei kommt der Diffusion der Reaktanden zueinander eine entscheidende Bedeutung zu.

Diese Diffusionsprozesse werden insbesondere durch Transportwege innerhalb der Kokskörner bestimmt.

Bekannt ist z. B. der Einfluß des Kornradius der Kokskörner auf das Verfahren der Calciumcarbidherstellung (z. B. DD 231945 und DiD 158227). Einerseits behindert ein zu feiner Koks den Stofftransport im Koksbett; andererseits behindert ein zu grober Koks den Stofftransport bzw. die Diffusion innerhalb des Kokskornes. Zwecks Verminderung der durch Diffusion bedingten Einflüsse auf die Reaktionsführung wurde versucht, Vollmöllerformlinge aus Koks und Calciumoxid herzustellen (DD 210167).

Diese Versuche scheiterten in der Praxis an der zu geringen Festigkeit dieser Vollmöllerformlinge.

Während der Einfluß des Kornradius auf die Reaktionsführung in etwa bekannt ist, gibt es bisher keine gesicherten Aussagen über den Einfluß der Porenstruktur innerhalb des Kokskornes, die entscheidend die Diffusion im Korninnern bestimmt, auf die Reaktionsführung.

Aus der Literatur sind Versuche bekannt, über einiye Parameter der Porenstruktur Aussagen zur Eignung der betreffenden Kokse für das Verfahren der Calciumcarbidherstellung zu gewinnen. *

Zum Beispiel wurden von E.KLOSE, W.TOUFAR und H.-G.ZINKE (Mitt. des Brennstoffinst. Freiberg 20 [1989] 3) die Porenradienverteilungen an Steinkohlen- und DHT-Koksen untersucht. Sie ermittelten dabei, daß Steinkohlenkokse über ein größeres Porenvolumen verfugen als BHT-Kokse. Eine direkte Korrelation zwischen dem Porenvolumen und dem Verhalten des Kokses im Verfahren der Calciumcarbidherstellung wurde jedoch nicht gefunden. Eigene Porositätsmessungen in einem definierten Porenradienbereich von 75 bis 75000Ä ergaben, daß BHT-Kokse über ein eindeutig größeres Porenvolumen verfügen. Offenbar wurden in o. g. Mitteilung auch sehr große Poren, die meßtechnisch mittels der Quecksilberporosimetrie nicht mehr eindeutig erfaßbar sind, mit bei ücksichtigt.

Unabhängig davonführten auch die eigenen-dem bekannten Stand derTdchnikentsprechenden- Messungen dpr Porenradien und dazugehörenden Volumina zu keiner Kenngröße, die eine Korrelation mit dem Verhalten des Kokses im Verfahren der Calciumcarbidherstellung gestattet.

Eine gezielte Vorauswahl von speziell für den Calciumcarbidprozeß geeigneten Koksen bzw. die gezielte Gestaltung des Calciumcarbidprozesses entsprechend der Koksqualität ist nach dem bekannten Stand der Technik nicht möglich, da geeignete Kenngrößen zur Beschreibung der Diffusionsvorgänge im Korninnern fehlen.

Ziel der Erfindung

Der Erfindung liegt das Ziel zugrunde, bei der Herstellung von Calciumcarbid den Umsatz von Calciumoxid und Koks zu Calciumcarbid zu reduzieren und die Qualität des Calciumcarbides zu erhöhen.

Darlegung des Wesens dar Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Calciumcarbid im Elektroschmelzofen bei Temperaturen über 200C°C aus Calciumoxid und Koks, der über ein Porenvolumen im Porenradienbereich von 75 bis 75000 A von 0,005cm³/g bis 0,5cm³/g verfügt, zu entwickeln, wobei die Kokskomponente einer zielgerichteten Auswahl unterliegt. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Koks üblicher Körnung eingesetzt wird, der einen Quotienten aus dem Porenvolumen und dem Quadrat der Porenlänge größer 2 χ 10~¹⁹cm χ g aufweist, wobei hierunter die Poren im Porenradienbereich von 75 bis 75000A zu berücksichtigen sind.

Die diesen Quotienten bildenden Parameter sind in bekannter Weise mittels der Quecksilbsrporosimetrie zu bestimmen. Der Vorteil dieser erfindungsgemäßen Vorgehensweise besteht darin, daß der jeweils geeignete Koks für die Herstellung von Calciumcarbid vorher ausgewählt werden kann. Die erfindungsgemaßd Zielgröße des Quotienten aus dem Porenvolumen und dem Quadrat der Porenlänge ist dabei unabhängig von der Vorgeschichte des Kokses, d. h. es gilt sowohl für Steinkohlenkoks als auch für BHT-Koks bzw. für andere Kohlenstoffkomponenten.

Je größer der Quotient ist, um so günstiger wird die Herstellung von Calciumcarbid bezüglich des Umsatzes der Einsatzstoffe beeinflußt. Versuche zeigten jedoch, daß bereits Werte des Quotienten von 2 χ 10"¹⁹cm χ g hinreichend gute Ergebnisse lieferten.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Verfahrensweise besteht darin, daß bei dem Einsatz von minderwertigem Koks, dies vor Einsatz des Kokses in den Prozeß erkannt und dementsprechend die Ofenfahrweise angepaßt werden kann, so daß hieraus vorausschauend ein sicherer Betrieb des Ofens resultiert.

Ausführungsbeispiele

Die Erfindung wird nachfolgend an Beispielen näher erläutert.

Beispiel'1 (Vergleichsbeispiel) In einem Labortiegel aus Graphit, der einen Innendurchmesser von 50mm und eine Höhe von 100mm hat, werden 100g einer Mischung aus 60 Teilen Calciumcarbid und 40 Teilen Calciumoxid gegeben und bis zu Temperaturen von 1000⁰C elektrisch unter Stickstoffatmosphäre aufgeheizt. Nach Erreichen der 1000⁰C wird anstelle der Stickstoffatmosphäre eine Argonatmosphäre verwendet und weiter bis auf 2100"C aufgeheizt. Bei Erreichen dieser Temperatur wird ein zuvor ausgewogenes Koksstück mit einem Gewicht zwischen 5 bis 6g zugegeben, das eine definierte Zeit bei dieser Temperatur mit dem o.g. Gemisch reagiert. Danach wird innerhalb von 10 Minuten abgekühlt. Die erstarrte Schmelze wird einen Tag zwecks Auskühlung stehen gelassen. Der Koks wird aus dieser erstarrten Schmelze mittels Wasser und verdünnter Salzsäure herausgelöst, abfiltriert und von Resten der Calciumcarbid-/Calciumoxidschmelze ebenfalls mittels Wasser und verdünnter Salzsäure gereinigt, anschließend bei Temperaturen von 18O⁰C im Trockenschrank getrocknet und ausgewogen. Aus dem Verhältnis von Einwaage zu Auswaage wird der Umsatz in % berechnet. Der eingesetzte BHT-Koks hatte im Porenradienbereich von 75 A bis 75000 A folgende Strukturparameter:

- durchschnittlicher Porenradius 0rp: 825Ä

- Porenvolumen Vp: 0,26cm³/g

- Oberfläche der Poren Sp: 6,37m'/g

Hieraus wurde die Länge der Poren mit Ip = 1,23 χ 10⁹cm/g ermittelt und der Quotient aus Vp/Ip² betrug 1,7 x 10~^l9cm x g.Die Kokseinwaage betrug 5,243g.

Von diesem Koks wurden innerhalb von 10 Minuten 8% zu Calciumcarbid umgesetzt.

Beispiel 2 (Verglelchsbelspiel) Unter den gleichen Bedingungen wie im Beispiel I wurde ein Steinkohlenkoks mit den Strukturparametern

- 0rp: 570A

- <Vb: 0,091 cmVg

- Sp:2,9m²/g

- Ip: 0,81 x10⁹cm/g -Vp/Ip: 1,21 χ 10-^l9cm χ g

in einer Menge von 5,763g eingesetzt.

Von diesem Koks wurden innerhalb von 10 Minuten 2% zu Calciumcarbid umgesetzt.

Beispiel 3 (erfindungsgemäß) Unter den gleichen Bedingungen wie im Beispiel 1 wurde ein Steinkr' .lenkoks mit den Strukturparametern

- 0rp:15O1Ä

- Vp: 0,042cm³/g

- Sp: 0,55m²/g

- Ip: 5,83 χ 10⁷cm/g -\>p/lp²:123 XKT¹⁹CmXg

in einer Menge von 5,821 g eingesetzt.

Von diesem Koks wurden innerhalb von 10 Minuten 16% Calciumcarbid umgesetzt.

Beispiel 4 (erfindungsgemäß) Unter den gleichen Bedingungen wie im Beispiel 1 wurde ein Steinkohlenkoks mit den Strukturparametern

- 0rp: 890A

- Vp: 0,034cm³/g

- Sp: 0,766m7g

- Ip: 1,37 x 10⁸CmZg

- Vp/Ip²:18,1 χ 10"¹⁹cm x g

in einer Menge von 5,162g eingesetzt.

Von diesem Koks wurden innerhalb von 10 Minuten 11 % zu Calciumcarbid umgesetzt.

Beispiel S (erflndungsgemäS)

Unter den gleichen Bedingungen wie Im Beispiel 1 wurde ein BHT-Koks mit den Strukturparametern

- 0rp:77OÄ

- Vp: 0,20cm³/g

- Sp:4,9m²/g

- Ip: 1,0 χ 10⁹cm/g

- Vp/Ip²: 2,0 x 10"¹⁹Cm χ g

in einer Menge von 5,131 g eingesetzt.

Von diesem Koks wurden innerhalb von 10 Minuten 10% zu Calciumcarbid umgesetzt.

Diese Beispiele zeigen, daß mit Zunahme des Wertes Vp/Ip² die Reaktivität des Kokses zunimmt. Aufgrund praktischer Erfahrungen wurde die vertretbare Untergrenze für diesen Wert auf 2 χ 10~'⁹cm x g festgelegt. Dieser Parameter gilt unabhängig von der eingesetzten Koksart. Die Strukturparameter wurden anhand der Quecksilberhochdruckporosimetrie in allgemein üblicher Weise ermittelt.

Durch Einsatz der erfindungsgemäßen Kokse ist gogenüber den nicht erfindungsgemäßen Koksen eine Steigerung der Raum-Zeit-Ausbeute von über 25% möglich bzw. bei gleichbleibender Raum-Zeit-Ausböute können Energie und Rohstoffe gespart werden.

Claims (1)

1. /erfahren zur Herstellung von Calciumcarbid in einem Elektroschmelzofen bei Temperaturen über 2000⁰C aus Calciumoxid und einem Koks, der über ein Porenvolumen im Porenradienbereich von 75 bis 75000Ä von 0,005cm³/g bis 0,5 cm³/g verfügt, dadurch gekennzeichnet, daß der Quotient aus dem Porenvolumen des Kokses und dem Quadrat der Porenlänge der Koksporen größer 2 χ 10~¹⁹cm x g ist.

   Anwendungsgebiet der Erfindung

   Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Calciumcarbid aus Calciumoxid und Koks bei Temperaturen oberhalb 2000⁰C im Elektroschmelzofen.