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Verfahren zum Entfernen von Ruß aus heißen wäßrigen Suspensionen Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Abtrennen von Ruß aus wäßrigen Suspensionen
durch inniges Vermischen dieser Suspension mit einer mit Wasser nicht mischbaren
organischen Flüssigkeit und Abtrennen der aus Ruß und organischer Flüssigkeit gebildeten
Agglomerate aus der wäßrigen Phase.
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Verfahren dieser Art sind aus den britischen Patentschriften
327 979, 734 475 und 741135 bekannt. Gemäß diesem Stand der Technik
wird eine Suspension von Ruß in Wasser mit einer mit Wasser nicht mischbaren Flüssigkeit
vermischt, welche den Ruß besser benetzt als das Wasser; insbesondere mit einem
verhältnismäßig flüchtigen flüssigen Kohlenwasserstoff, wie Pentan, Benzol, Toluol
oder Leichtbenzin. Der Ruß und die organische Flüssigkeit bilden dann Agglomerate,
z. B. in der Form von Pillen, die nur wenig Wasser enthalten. Die entstehenden Pillen
können leicht aus der wäßrigen Phase abgetrennt werden, z. B. durch Sieben, Filtrieren,
Dekantieren od. dgl. Die Bildung von Agglomeraten kann begünstigt werden durch die
Anwesenheit geeigneter oberflächenaktiver Stoffe. Der Ruß wird schließlich durch
Verdampfen der organischen Flüssigkeit in reinem Zustand erhalten.
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- Bei der Verwendung einer solchen leichtflüchtigen Hilfsflüssigkeit
kann die Abtrennung des Rußes aus der Suspension aber praktisch nur bei Zirnrnertemperatur
durchgeführt werden, so daß die z. B. bei einer Gaswäsche anfallenden Suspensionen
zunächst abgekühlt werden müssen.
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Ferner wird bei der Wiedergewinnung der leichtflüchtigen Hilfsflüssigkeit
auch das in den Rußaggregaten noch eingeschlossene Wasser entfernt, wodurch feste,
pillenartige Gebilde entstehen, deren Härte bei der weiteren Verarbeitung oft störend
wirkt.
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Die erfindungsgemäße Verwendung von Kohlenwasserstofffraktionen mit
einem höheren Siedepunkt ermöglicht dagegen die Entfernung von Ruß aus dem Waschwasser
von heißen Gasen ohne vorherige Kühlung. Außerdem verhindert die in den Rußaggregaten
noch enthaltene Flüssigkeit die Bildung harter und schlecht verarbeitbarer Pillen.
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Die britische Patentschrift 734 475 gibt ein Verfahren an, nach dem
Ruß aus dem Waschwasser von Mischgasen durch ein Schweröl entfernt wird. Jedoch
wird der Ruß in dem Schweröl fein und gleichmäßig dispergiert und dann mit diesem
verbrannt, ohne daß eine Agglomeratbildung des Rußes eintritt.
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Ebenso erhält man bei der Herstellung einer pasteusen Ölsuspension
von Farbstoffpigmenten aus einer pastenartigen wäßrigen Suspension gemäß der USA.-Patentschrift
2 126 925 die Pigmente nicht in Form gröberer Aggregate, sondern die pastenartige
Ölphase bildet eine einheitliche zusammenhängende Schicht. Die feine Verteilung
der Pigmentteilchen in der Olphase wird durch den Zusatz von polaren Benetzungshilfsstoffen
noch gefördert.
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Ein weiteres Verfahren zur Abtrennung von Farbpigmenten aus wäßrigen
Suspensionen gibt die USA.-Patentschrift 2 153 515 an, wobei der feuchte
Pigmentkuchen mit 01 verknetet -und das Pigment-Öl-Gemisch auf einer Walzenmühle
behandelt wird. Auch hierbei entsteht eine Olsuspension von sehr fein verteilten
Pigmentteilchen.
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Dagegen beruht das erfindungsgemäße Verfahren auf einer Vergrößerung
und Zusammenlagerung der in wäßriger Suspension vorliegenden Rußteilchen zu Rußaggregaten,
die leicht abgetrennt werden können und für die Lagerung und den Transport geeignet
sind.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich demgemäß auf ein Verfahren
zum Entfernen von Ruß aus heißen wäßrigen Suspensionen durch inniges Vermischen
dieser Suspensionen mit einer mit Wasser nicht mischbaren Flüssigkeit von einem
Siedebereich zwischen 190 und 400'C und Trennen des Ruß-Öl-Gemisches von
der wäßrigen Phase, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß nur 0,7 bis
5 Gewichtsteile der mit Wasser nicht mischbaren Flüssigkeit auf
1 Gewichtsteil Ruß angewendet werden, so daß Rußgranulafe entstehen.
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Im allgemeinen haben die Ruß-Öl-Aggregate, die bei dem vorliegenden
Verfahren gebildet werden,
Durchmesser von 2 bis 6 mm, obwohl
es durch geeignete Regelung der Arbeitsbedingungen auch-möglich ist, größere oder
kleinere Rußaggregate zu erhalten.
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Die zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung verwendete
Kohlenwasserstofffraktion soll vorzugsweise einen Siedebereich zwischen
190 und 350'C haben. Wenn leichtere Kohlenwasserstofffraktionen verwendet
werden, ist der Dampfdruck des Kohlenwasserstoffes bei Zimmertemperatur so hoch,
daß beim Lagern der Pillen in offenen Trommeln
beträchtliche Mengen des Kohlenwasserstoffs
verdampfen. Das ist unwirtschaftlich und feuergefährlich. Andererseits ist es bei
der Verwendung von Kohlenwasserstoffen mit einem Siedebereich über 400'C im allgemeinen
schwierig, geformte feste Aggregate zu erhalten, da im allgemeinen unregelmäßige
Klumpen von Buiterkonsistenz gebildet werden. Dies trifft insbesondere zu, wenn
der Kohlenwasserstoff einen hohen Gehalt an asphaltischen Stoffen besitzt.
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Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im allgemeinen
Gasöl benutzt; es sind aber auch andere Kohlenwasserstofföle mit einem Siedebereich
innerhalb der angegebenen Grenzen brauchbar. Beispielsweise können auch katalytisch
gespaltene cyclische Öle oder gewisse Schmierölfraktio.nen bzw. aromatische Extrakte
verwendet werden.
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Die verwendete Menge der Flüssigkeit liegt vorzugsweise im Bereich
von 1 bis 3 Gewichtsteilen Kohlenwasserstoff auf 1 Gewichtsteil
des suspendierten Rußes.
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Die Verwendung einer Kohlenwasserstofffraktion mit einem hohen Siedepunkt
ermöglicht die Bildung der Rußaggregate aus wäßrigen Rußsuspensionen bei höheren
Temperaturen, als es bisher möglich war. Dies ist besonders wichtig, da das erfindungsgemäße
Verfahren insbesondere zur Erzeugung von Rußaggregaten aus heißen wäßrigen Suspensionen
verwendet wird, die beim Waschen rußhaltiger Gase bei hoher ,Temperatur mit Wasser
entstehen. Das ist z. B. der Fall beün Reinigen von Gasmischungen, die Wasserstoff
und Kohlenmonoxyd #enthalten, und bei der unvollständigen Verbrennung von Kohlenwasserstoffen
mit Sauerstoff oder sauerstoffhaltigen Gasen erhalten werden.
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Bei der unvollständigen Verbrennung von Kohlenwasserstoffen mit Sauerstoff
oder sauerstoffhaltigen Gasen ist die Bildung von Ruß im allgemeinen unver-; meidbar.
Wenn die Gase weiterverarbeitet werden, z. B. zur Erzeugung von Ammoniak
oder Leuchtgas, muß dieser Ruß entfernt werden, und zu diesem Zweck werden sie vorzugsweise
mit Wasser gewaschen, wobei sie gleichzeitig abgekühlt werden. Die wäßrige Rußsuspension
fällt daher im allgemeinen bei erhöhter Temperatur, vorzugsweise im Bereich von
60 bis 95'C, an. Die Anwendung flüchtiger Flüssigkeiten ist bei diesen Temperaturen
natürlich nicht möglich, wenn nicht unter erhöhtem, Druck gearbeitet wird. Dies
würde eine Komplizierung der Einrichtung erfordern. Es ist daher ein wesentlicher
Vorteil der Erfindung,. daß die wäßrigen Rußsuspensionen, die bei einer Temperatur
im Bereich von 60 bis 90'C anfallen, unmittelbar mit der organischen
Flüssigkeit in Berührung gebracht werden können, ohne daß die Anwendung von überatmosphärischem
Druck oder eine vorausgehende Kühlung erforderlich ist.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren muß die wäßrige Rußsuspension
dauernd in starker Bewegung gehalten werden, wenn sie mit der Flüssigkeit
in
Berührung gebracht wird. Diese Bewegung wird vorzugsweise mit einem Propellermischer
erzeugt. Es ist gefunden worden, daß es bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
günstig ist, die wäßrige Rußsuspension derart in Bewegung zu halten, daß in der
Oberfläche der Flüssigkeit ein tiefer Strudel entsteht. Die Aggregate aus Ruß und
Öl bilden sich dann an der Luft-Wasser-Grenzfläche und können leicht von
der wäßrigen Phase getrennt werden. Wenn ein Propellermischer verwendet wird, erzielt
man besonders günstige Resultate, wenn der Propeller mit solcher Geschwindigkeit
rotiert, daß seine Umfangsgeschwindigkeit mindestens 4 in pro Sekunde beträgt. -..Das
erfindungsgemäße--Verfahrenwird-nachstehend durch Beispiele näher erläutert. Beispiel
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Bei- diesem Beispiel wurde eine wäßrige Rußsuspension verwendet, die durch
Auswaschen eines im wesentlichen aus Wasserstoff und Kohlenmonoxyd bestehenden und
durch teilweise Oxydation einer leichten Kohlenwasserstoffiraktion gewonnenen Gasgemisches
erhalten wurde und die etwa 20 g Ruß pro Liter Wasser enthielt.
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In einem Propellermischer wurde die wäßrige Rußsuspension bei einer
Temperatur zwischen 80 und 90'C mit einem direkt destillierten Gasöl
mit einem Siedebereich von 204 bis 232'C und einer Dichte (bei 20'C) von'0,823
innig vermischt.
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Die Menge des verwendeten Gasöls betrug etwa 1,2 bis 1,5 g
pro Gramm Ruß. Der Propellermischer rotierte so schnell, daß seine Umfangsgeschwindigkeit
4 m pro Sekunde betrug, wobei an der Oberfläche der Flüssigkeit ein tiefer Trichter
gebildet wurde.
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Es bildeten sich feste Aggregate aus Ruß und Öl
mit einem Durchmesser
von 2 bis 4 mm und einem Wassergehalt von 5 bis 8 Gewichtsprozent.
Diese Aggregate wurden mit Wasser, das von der Hauptmenge des feindispergierten
Rußes befreit war, kontinuierlich aus dem Propellermischer abgezogen und dann von
der Wasserphase mit Hilfe eines weitmaschigen Siebes abgetrennt. Die erhaltene wäßrige
Phase war praktisch rußfrei, der Rußgehalt betrug nur noch etwa 0,001 Gewichtsprozent.
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Ähnliche Ergebnisse wurden bei Anwendung eines aromatischen Edeleanu-Extraktes
mit einem Siedebereich von 210 bis 260'C erhalten.
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Beispiel 2 Die in diesem Beispiel verwendete wäßrige Rußsuspension
war durch Waschen eines durch teilweise Oxydation eines schweren Heizöls hergestellten
Gasgemisches mit Wasser erhalten worden.
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Die wäßrige Rußsuspension, die etwa 20 g Ruß pro Liter enthielt,
wurde in einem Propellermischer bei einer Temperatur von 80 bis
90'C mit direkt destilliertem Gasöl mit einem Siedebereich von 204 bis 332'C
innig vermischt. Die Umlaufgeschwindigkeit des Propellers betrug etwa 4 ni pro Sekunde.
Die aus Ruß und 01 bestehenden Aggregate mit einem durchschnittlichen Durchmesser
von 2 bis 5 mm und einem Wassergehalt von 5 bis 10 Gewichtsprozent
konnten von der wäßrigen Phase in ähnlicher Weise wie im Beispiel 1 leicht
abgetrennt werden. Die Menge des verwendeten Gasöls betrug 2,2 bis 3 g pro
Gram
Ruß.
Ähnliche Resultate wurden bei Anwendung eines leichten
katalytisch gespaltenen Öles mit einem Siedebereich von 210 bis 300'C bei
Anwendung einer Menge von 2,9 bis 3,2 g pro Gramm Ruß erzielt.