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Verfahren zur Herstellung von Mischpechen Die Erfindung betrifft ein
Verfahren zur Herstellung von Mischpechen mit verbesserter Bindefähigkeit.
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Während der trockenen Destillation der Steinkohle zwecks Erzeugung
von Gas und Koks werden verschiedene Dämpfe aufgesammelt und zu Steinkohlenteer
kondensiert. Man nimmt an, daß diese Dämpfe in dem Augenblick ihrer Entstehung in
der Hauptsache aus Paraffinen und aliphatischen Alkoholen bestehen; aber diese primären
Substanzen werden während ihres Durchganges durch die heiße Verkokungszone rasch
umgewandelt. Diese Umwandlung der primären Stoffe ist in weitem Maße ein Vorgang
der Aromatisierung, und die Bestandteile des aufgesammelten Teers umfassen im allgemeinen
einen weiten Bereich von Homologen der verschiedenen aromatischen Reihen. Während
dieses Umwandlungsvorganges werden viele mehrkernige Stoffe bzw. solche mit kondensierten
Benzolringen gebildet, bei welchen das Verhältnis von Kohlenstoff zu Wasserstoff
sehr hoch ist, zusammen mit etwas Kohlenstoff als solchem.
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Der endgültige Grad der Aromatisierung eines rohen Steinkohlenteers
kann beurteilt werden nach dem Gehalt an »freiem Kohlenstoff«, welcher gewöhn lich
als die in Toluol unlösliche Fraktion definiert wird. Diese Fraktion ist in Wirklichkeit
kein reiner Kohlenstoff, sondern besteht zum großen Teil aus den obenerwähnten mehrkernigen
Stoffen. Je nach der Art des zur Anwendung gelangenden Verkokungsvorganges schwankt
der Grad der Aromatisierung ganz erheblich. So kann z. B. ein Rohteer aus einer
Vertikal retorte, der unter Bedingungen einer möglichst geringen Aromatisierung
erzeugt wurde, 5 0/o freien Kohlenstoff enthalten, wohingegen Steinkohlenteere aus
Koksöfen, welche Temperaturen unterworfen waren, die erheblich höher sind als bei
Steinkohlenteeren aus Vertikalretorten, in der Regel 10 bis 150/0 freien Kohlenstoff
enthalten.
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Bei der Destillation von rohem Steinkohlenteer ist der Rückstand,
welcher bis zu einer Temperatur von gewöhnlich 300 bis 3500 C bei Atmosphärendruck
nicht flüchtig ist, unter der Bezeichnung Pech bekannt. Dieses Pech enthält nicht
nur den freien Kohlenstoff, der in dem ursprünglichen Teer vorhanden war, sondern
außerdem noch zusätzlichen freien Kohlenstoff, der während des Destillationsvorganges
erzeugt wird und dessen Menge je nach dem angewandten Verfahren schwankt. Unter
der Bezeichnung Pech soll im weiteren ein Material verstanden werden, dessen Erweichungspunkt
nicht unter 350C (nach Krämer-Sarnow) liegt. Der Gehalt an freiem Kohlenstoff gewöhnlichen
Steinkohlenteerpeches kann sich auf 10 bis 30°/o belaufen.
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Wird das Pech, welches normalerweise einen Erweichungspunkt von 65
bis 700 C (nachKrämer Sarnow) hat, auf einen höheren Erweichungspunkt destilliert,
dann nimmt der Gehalt an freiem Kohlenstoff entsprechend zu, wiederum als ein Ergebnis
sowohl der Konzentration des ursprünglichen freien Kohlenstoffs als auch der Erzeugung
zusätzlichen freien Kohlenstoffs während des Destillationsvorganges.
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Pech wird für vielerlei Zwecke verwendet und muß je nach dem angewandten
Verfahren einen bestimmten Erweichungspunkt, einen bestimmten Gehalt an freiem Kohlenstoff
und eine bestimmte Verkokungsziffer haben, die je innerhalb eines gewissen Bereiches
liegen. So werden z. B. einige Steinkohlenbrikettieranlagen nicht völlig zufriedenstellend
arbeiten, wenn sie nicht mit Pech mit einem hohen Gehalt an freiem Kohlenstoff zusammen
mit einem niedrigen Gehalt an flüchtigen Bestandteilen beliefert werden. Pech zur
Herstellung von Elektroden für elektrische Öfen und für Batteriekohlen muß einen
sehr hohen Gehalt an freiem Kohlenstoff und einen ungewöhnlich niedrigen Gehalt
an flüchtigen Bestandteilen besitzen. Dagegen muß Pech als Quelle für Kohlenstoff
bei chemischen Reduktionsprozessen einen hohen Erweichungspunkt und einen hohen
Gehalt an freiem Kohlenstoff besitzen.
Andererseits muß Pech zur
Herstellung von Fußböden unter Verwendung gefärbter bituminöser Stoffe einen Gehalt
an freiem Kohlenstoff von weniger als 56/o haben, damit es in angemessener Weise
gefärbt werden kann.
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Offensichtlich genügt eine einzelne Pechsorte diesen verschiedenen
Anforderungen nicht. Die Erzeugung von Pechen mit hohem Gehalt an freiem Kohlenstoff
nimmt infolge der zunehmenden Anwendung der kontinuierlichen Teerdestillation und
der kontinuierlichen Verkokung in Vertikal retorten ab. Der Verbraucher wird leicht
feststellen können, daß trotz der großen Mengen an Pech, die in den Teerdestillerien
erzeugt werden, das für seine besonderen Zwecke geeignete Pech nicht sofort verfügbar
sein wird.
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Wie bereits oben erklärt wurde, kann Steinkohlenteerpech in zwei
Fraktionen gespalten werden, gewöhnlich bezeichnet als die in Toluol lösliche und
die in Toluol unlösliche Fraktion, wobei die letztere diejenige mit dem hohen Gehalt
an freiem Kohlenstoff ist. Die beiden Fraktionen können getrennt werden, nämlich
die erste durch Filtrieren oder Ausschleudern und anschließendes Trocknen, die zweite
durch Verdampfen des Lösungsmittels. In der Praxis wird das Steinkohlenteerpech
mit einem Lösungsmittel, vorzugsweise Solventnaphtha, verrührt, und die unlösliche
Fraktion wird abgetrennt und getrocknet. Diese unlösliche Fraktion nimmt nach dem
Trocknen die Form eines Pulvers an, welches als Pechpulver beschrieben werden kann.
Im weiteren ist also unter Pechpulver ein Pulver zu verstehen, welches in Toluol
und natürlich auch in Solventnaphtha unlöslich ist, ob es nun in der beschriebenen
Weise oder anderswie erzeugt sei.
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Überraschenderweise hat sich nun gezeigt, daß die Eigenschaften des
Peches, insbesondere die Bindefähigkeit, durch Vermischen mit Pechpulver vorteilhaft
beeinflußt wird. Erfindungsgemäß wird also zur Herstellung von Mischpechen mit verbesserter
Bindefähigkeit so vorgegangen, daß Steinkohlenteerpeche mit Erweichungspunkten von
oberhalb 350 C (nach Krämer- 5 arno w) mit einem geringeren Anteil z. B. 30 bis
40 Gewichtsprozent (berechnet auf Steinkohlenteerpech) von in Toluol bzw. Solventnaphtha
unlöslichem Steinkohlenteerpechpulver vermischt wird.
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Das Mischpech enthält das Pechpulver gelöst oder homogen dispergiert.
Durch entsprechende Auswahl des ursprünglichen Peches und des Pechpulvers kann man
den Gehalt an freiem Kohlenstoff erhöhen und ein Pech der gewünschten Eigenschaften
erzeugen, welche in der Tat von denen jedes normalen Peches, so wie es erzeugt oder
mit anderen Zusatzstoffen modifiziert wird, abweichen können.
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Es ist bekannt zur Verbesserung und Modifizierung der Eigenschaften
von Pechen diese mit anderen Verbindungen zu mischen, ohne daß jemals ein Vorgehen
im erfindungsgemäßen Sinne in Vorschlag gebracht worden ist. So wurde schon vorgeschlagen,
Ö1-bitumen und Festbitumen zu mischen, ferner Dickteer- oder Teerpech-Naturgraphit-Gemische
zu tempern bzw. alsBindemittelHartpech-Dünnteer-Gemische, dehydrierte Pech-Petroleumpech-Gemische
oder Teerpechdestillate zu verwenden. Auch unlösliche Asphalte, die bei der Propan-
bzw. Butanextraktion asphalthaltiger Njlineralöle oder Teere anfallen, wurde als
Bindemittel schon in Vorschlag gebracht. Diese unlösliche Fraktion ist aber völlig
verschieden von dem erfindungsgemäß zu verwendenden Pechpulver.
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Es war in keiner Weise zu erwarten, daß durch das Vermischen von
Pech mit Pechpulver, d. h. durch Er-
höhung des Gehaltes an freiem Kohlenstoff eine
wesentliche Änderung der Eigenschaften des Peches eintreten könnte. überraschenderweise
wurde festgestellt, daß die Bindefähigkeit des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
hergestellten Peches - Zumischen von Pechpulver zu Pech mit niedrigerem Gehalt an
freiem Kohlenstoff - erheblich größer ist als die Bindefähigkeit eines Peches, das
von Anfang an den gleichen Gehalt an freiem Kohlenstoff aufweist wie das nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Endprodukt.
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Die Bestandteile des Peches können im wesentlichen in vier Klassen
eingeteilt werden, nämlich in a-Harze, p-Harze, y-Harze und Öle. Das erfindungsgemäß
zu verwendende Pechpulver besteht aus den a- und p-Harzen und ist in Benzol sowie
in Toluol unlöslich.
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Die y-Harze sind in Benzol und in Toluol löslich, jedoch unlöslich
in Petroläther und in flüssigem Propan oder Butan. Diese y-Harze wurden im allgemeinen
als die wirksamen bindenden Bestandteile des Peches angesehen. Nicht zuletzt liegt
dem erfindungsgemäßen Verfahren die Überwindung dieses allgemeinen Vorurteils und
die Erkenntnis der vorteilhaften Wirkung der a- und y-Harze zugrunde.
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Die gewonnenen Mischpeche können immer dann zur Anwendung gelangen,
falls der Gehalt an freiem Kohlenstoff der verfügbaren Peche unangemessen ist.
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Von besonderem Vorteil ist die Verwendung bei der Herstellung von
metallischem Aluminium durch die Elektrolyse einer Lösung von Tonerde bzw. Aluminiumoxyd
in geschmolzenem Kryolith, wobei große Kohleelektroden verwendet werden; diese müssen
eine hohe Massendichte und eine gute elektrische Leitfähigkeit besitzen sowie frei
von Spalten oder Rissen und hitzebeständig sein. Die Elektroden werden hergestellt
aus einem Gemisch von Pech und feinvermahlenem Koks, worauf das Gemisch gebrannt
wird.
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Bei einem Verfahren bringt man das Gemisch auf das Oberteil einer
bereits vorhandenen Elektrode, deren Unterteil dauernd verbraucht wird; das Gemisch
wird also hierbei in situ gebrannt, so daß es eine frische Querschicht der Elektrode
bildet. Das Pech muß eine vorgeschriebene Mindestmenge in Bindemitteln enthalten.
Diese Bindungen werden erfüllt, wenn das Pech einen Gehalt an freiem Kohlenstoff
von mindestens 300/0, vorzugsweise 35 ovo und darüber, und eine Verkokungsziffer
(minus freiem Kohlenstoff) von nicht unter 20°/o hat, kombiniert mit einem Erweichungspunkt,
welcher nicht so hoch sein darf, daß er das richtige Ausbreiten des Gemisches auf
der Oberfläche der vorhandenen Elektrode verhindert. Ein derartiges Pech kann vorteilhafterweise
gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden.
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Bei der Herstellung der Elektroden kann man das Pechpulver zuerst
mit dem feinvermahlenen Koks mischen, bevor das normale Pech hinzugesetzt wird,
obwohl Pechpulver und Pech aucl -falls gewünschtzuallererst miteinander vermischt
werden können.
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Beispiel 1 Ein Pech hatte anfänglich die in der nachstehenden Tabelle
angeführten Eigenschaften. Wurde es zuerst mit Pechpulver vermischt, und zwar in
Mengen von 10 und 200/au auf das Gewicht des Peches bezogen, dann hatte das Mischpech
die ebenfalls in der Tabelle angeführten Eigenschaften. Obwohl der Gehalt an freiem
Kohlenstoff bei dem Zusatz des Pechpulvers in erwünschter Weise zunahm, ging andererseits
der Erweichungspunkt in unerwünschter Weise in die Höhe. Der Erweichungspunkt kann
aber wieder herabgesetzt
werden, ohne den Gehalt an freiem Kohlenstoff
wesentlich zu beeinträchtigen, wenn man das Pech mit einem Mineralöl, vorzugsweise
Kreosot, versetzt, wie die Tabelle weiterhin erkennen läßt.
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Pechpulver in % ............... 0 10 20 10 Kreosot in % ...................
- - - 4 Erweichungspunkt(K. und S.) in °C 70 76 82 70 Freier Kohlenstoff in °/o
......... 26 31 36 30 Verkokungsziffer in % .......... 52 54 57 53 Verkokungsziffer
(minus freier Kohlenstoff) in % ............. 26 23 21 23 Beispiel 2 Für die Verwendung
der erfindungsgemäß hergestellten Produkte sei angeführt, daß ein Vertikalretortenpech
mit niedrigem Gehalt an freiem Kohlenstoff und einem Erweichungspunkt von 600 C
(K. und S.) zum Brikettieren geeigneter gemacht werden kann durch den Zusatz von
Pechpulver in einer Menge von etwa 30°/o, auf das Gewicht des Peches bezogen.
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Beispiel 3 Bei der Herstellung von Pech zur Verwendung bei chemischen
Reduktionsprozessen wird Pechpulver in einer Menge von 40 Gewichtsprozent einem
Pech mit einem Erweichungspunkt von 1200 C hinzugesetzt; man erhält dabei ein Pech
mit einem Erweichungspunkt von 1400 C und einem Gehalt an freiem Kohlenstoff von
600/o.
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Beispiel 4 Bei der Herstellung von Batterieelektroden mischt man
in üblicher Weise ein Weichpech mit einem Erweichungspunkt von 400 C mit anderen
Bestandteilen,
preßt das Gemisch zu einem Strang und brennt die Strangabschnitte.
Um den Gehalt des Peches an freiem Kohlenstoff zu erhöhen, kann man Pechpulver in
einer Menge von 30 Gewichtsprozent einem Pech mit einem Erweichungspunkt von 700
C hinzusetzen.
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Das Produkt kann dann mit einem Mineralöl versetzt werden, bis es
den gleichen Erweichungspunkt hat wie das übliche Pech.
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PATuNTANsPROcHE: 1. Verfahren zur Herstellung von Mischpechen mit
verbesserter Bindefähigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß Steinkohlenteerpeche mit
Erweichungspunkten von oberhalb 350 C (nach Krämer-S arnow) mit einem geringeren
Anteil, z. B. 30 bis 40 Gewichtsprozent (berechnet auf Steinkohlenteerpech), von
in Toluol bzw. Solventnaphtha unlöslichem Steinkohlenteerpechpulver vermischt wird.