DE1933747C3 - Brennbare Feststoffmischung zur Erzeugung von Kohlendioxyd - Google Patents

Description

dioxyd befaßt. aioxyt

Für Anwendvngsfälle, bei denen einerseits der Ein- 65 steht:

satz von Druckgefäßen mit flüssiger Kohlensäure zu _1Λνίη , τχ,ι_{η Λ}™ , _ςλΛ r, , ,um n^

• r=--i~i:-u .„_K„ „„a in r^ncn 10MOj₁ + 3M¹C₂ -> 6CO₂ + 5M₂O₁ + 3MO (1)

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wobei M ein Alkalimetall (für Erdalkalimetalle er- wodurch sowohl die Reaktionsgeschwindigkeit und geben sich etwas abweichende Gleichungen) χ die die Temperatur wie auch die Erzeugung von Kohlen-Wertigkeit von M und M¹ ein Erdalkalimetall sind. dioxyd reduziert werden. Die Menge an Karbonat, Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, der die dem Gemisch zugegeben werden kann, ohne die Feststoffmischung ein organisches Karbonat zuzu- 5 autogene Verbrennung zu beeinträchtigen, ist eine setzen, das endothermisch zerfällt, wobei durch ge- Funktion der Zerfallstemperatur des Karbonats. Die eignete Wahl der Größe des Zusatzes unter Berück- Zerfallstemperatur soll die Verbrennungstemperatur sichtigung der thermischen Zerfallstemperatur des im des Gemisches, das das Karbonat enthält, nicht überEinzelfall verwendeten Karbonats eine sehr genaue steigen. Zweckmäßigerweise können Karbonate, die Steuerung des Verbrennungsvorgangs und damit der io bei Temperaturen von etwa 300 bis 400°C zerfallen, pro Zeiteinheit erzeugten Kohlendioxidmenge er- zugegeben werden, und zwar in Mengen bis herauf zu reicht werden kann. derjenigen, die ein Mol CO₂ erzeugt und zwar für

Ferner hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die jedes Mol CO„ das durch die Peroxyd-Karbid-Reak-

Feststoffmischung eine kleinere Menge, vorzugsweise tion erzeugt wird. Es können ferner Karbonate zuge-

etwa 5 bis 10 Gewichtsprozent Borsäure bzw. Bor- 15 mischt werden, die bei etwa 800^cC dissoziieren bzw.

oxyd enthält, da dieser Mischbestandteil die Rück- zerfallen, und zwar in Mengen bis zu derjenigen, die

absorption des CO_S durch die Reaktionsprodukte etwa ein Viertel Mol CO₂ erzeugt, und zwar für jedes

weitgehend verhindert MoI CO₂, das durch die Peroxyd-Karbid-Reaktion

Geeignete Peroxyde sind die Alkalimetallperoxyde, erzeugt wird. Die Karbonate können Pulverform,

beispielsweise Lithiumperoxyd Li₂O₂; Kaliumperoxyd 20 Kristallform oder eine andere feinverteilte Form

K₂O₈; und Natriumperoxyd Na₂O₂. Ferner Alkali- haben.

metallsuperoxyde, beispielsweise Natriumsuperoxyd Es ist wesentlich, daß die Mischungen wasserfrei

NaO₂ und Kaliumsuperoxyd KO₂; ferner Erdalkali- sind, so daß keiner der Bestandteile absorbiertes

metallperoxyde, beispielsweise Kalziumperoxyd CaO₂ Wasser oder Hydratwasser enthalten kann, die Ge-

und Bariumperoxyd BaO₂; ferner Erdalkalimetall- 35 mische müssen ferner während der Lagerung vor dem

superoxyde, beispielsweise Calciumsuperoxyd CaO₁. Wasserdampf der Atmosphäre geschützt werden.

Natrium- oder Kaliumsuperoxyd werden wegen Wasser reagiert mit den Peroxyden, wobei Sauerstoff

ihres hohen Sauerstoffgehaltes vorgezogen. Natrium- entsteht, und mit den Karbiden, wobei Azetylen ent-

oder Calciumperoxyd werden zweckmäßigerweise steht, wodurch, wenn auch langsam, möglicherweise

dann verwendet, wenn CO₂ mit den geringsten Kosten 30 explosive Mischungen gebildet werden können. Die

erzeugt werden soll und wenn eine geringere Erzeu- betreffenden Stoffe werden daher in einer trockenen

gung von CO₂ je Gewichtseinheit des verbrennenden Atmosphäre gemischt, gepreßt und abgepackt.

Stoffes zulässig ist. Die Peroxyde können in Pulver- Einige Bestandteile enthalten Verunreinigungen, die

form oder in körniger Form verwendet werden oder bei den Verbrennungstemperaturen zerfallen und

im Falle von KO₁ und Na₂O₂ in Form von Flocken, 35 Wasser abgeben, z. B. handelsübliches Calcium-

die entstehen, wenn das Metall in Luft versprüht wird, karbid, das eine beträchtliche Menge an gelöschtem

wie in der US-PS 24 05 580 beschrieben ist. Kalk Ca(OH)₂ enthält. Durch derartige Verunreini-

Geeignete Karbide sind Erdalkalimetallkarbide, gungen werden die Mischungen bei de<· Lagerung nicht

beispielsweise Calciumkarbid CaC₂, Magnesiumkarbid nachteilig beeinflußt, sie s^;nd jedoch der Grund für die

MgC₂ und Bariumkarbid BaC₂; ferner Aluminium- 40 Bildung einer Flamme mit kurzer Dauer, was in

karbid A1₄C_S. Calciumkarbid wird wegen seines ge- manchen Anwendungsfällen unerwünscht sein kann,

ringen Preises und seines hoher» Kohlenstoffgehaltes Wird handelsübliches Calciumkarbid verwendet,

vorgezogen. Die Karbide können in Pulverform, so wird zweckmäßigerweise der gelöschte Kalk durch

körniger Form oder in irgendeiner anderen fein- Erhitzung im Vakuum auf hohe Temperaturen, z. B.

verteilten Form verwendet werden. 45 auf etwa 438 C, zerlegt, worauf das Vakuum durch

Es können sämtliche anorganischen Karbonate ver- eine CO₂-Atmosphäre ersetzt wird, um den gelöschten

wendet werden, die ohne zu schmelzen thermisch zer- Kalk in Calciumkarbonat umzuwandeln. Sind die

fallen, wie z. B. Magnesiumkarbonat, Calciumkarbo- verwendeten Bestandteile im wesentlichen frei von

nat, Cäsiumkarbonat, Rubidiumkarbonat, Kobalt- Verunreinigungen, so daß kein Wasser bei der Ver-

karbonat, Nickelkarbonat und Zinkkarbonat. Magne- 50 brennung entsteht, so verbrennen die Gemische mit

siumkarbonat wird bevorzugt verwendet, da es einen einer flammenlosen Verbrennungsfront, die von der

hohen Kohlendioxydgehalt hat und bei niedriger Stelle der Zündung ausgeht.

Temperatur zerfällt In kleinen Stücken, in der Größenordnung von

Vorzugsweise werden die Peroxyde und die Karbide etwa 10 g, geben die Pcroxyd-Karbid-Gemische, mit in stöchiometrischen Verhältnissen verwendet, um die 55 oder ohne Karbonat, bis zu etwa 95% Kohlendioxyd höchste Ausbeute an Kohlendioxyd zu erreichen. Es ab. Bei größeren kompakten Stücken, etwa mit einem können zwar auch andere Verhältnisse oder Anteile Gewicht von 100 g bis zu mehreren Kilogramm oder als die stöchiometrischen verwendet werden, womit darüber, ist die CGj-Ausbeute wesentlich niedriger, jedoch keine weiteren besonderen Vorteile erreichbar z. B. etwa 60%, und zwar infolge der Rückabsorption sind. Gemische, die nur Peroxyde und Karbide ent- 60 des Kohlendioxyds durch bereits verbrannte Teile der halten, brennen nach der Zündung sehr schnell und kompakten Masse. Der Verlust durch Rückabsorption mit hoher Temperatur ab, so daß sehr schnell Kohlen- wird durch Zugabe einer kleineren Menge an Bordioxyd erzeugt wird. säure zu dem Gemisch weitgehend ausgeschaltet, da

Die Reaktionsgeschwindigkeit und die Temperatur hierdurch die festen Reaktionsprodukte aus kristallinen

können durch ein dem Gemisch zugegebenes thermisch 65 Komponenten, die Kohlendioxyd absorbieren, in

zerfallendes anorganisches Karbonat moderiert wer- glasartigen Komponenten umgewandelt werden, die

den. Der endothermische Zerfall absorbiert Wärme Kohlendioxyd nicht absorbieren. Die Zugabe von

aus der exothermischen Peroxyd-Karbid-Reaktion, etwa 5 bis 10 Gew.- % Borsäure führt zu einer Kohlen-

dioxydausbeute von 70 bis 80%. Es können größere Mengen an Borsäure verwendet werden, z. B. bis zu 20% oder mehr, wodurch die Ausbeute weiterhin leicht gesteigert werden kann, jedoch aui Kosten der Menge an CO₂, die je Gewichtseinheit des verbrennenden Gemisches erzeugt wird.

Die zum Zusammenpressen der Stoffe zu einer zusammenhängenden kompakten Masse erforderlichen Drücke sind verschieden und hängen von den gewählten besonderen Bestandteilen ab, sie liegen jedoch zweckmäßigerweise im allgemeinen zwischen etwa 840 und 1400 kg/cm².

Nachfolgend wird die Erfindung an Hand von Beispielen weiter erläutert:

Beispiel 1

Handelsübliches körniges Calciumkarbid wurde im Vakuum 2 Stunden lang bei etwa 427° C erwärmt, um den gelöschten Kalk zu zerlegen. In das Vakuum wurde dann CO₂ eingeführt, wodurch der gelöschte Kalk in Calciumkarbonat umgewandelt wurde. 2,8 g des vorbehandelten Karbids (75% CaC₂) und 7,9 g flockenförmiges KO₂ wurden gemischt und mit einem Druck von etwa 1050 kg/cm² zusammengepreßt, um einen zusammenhängenden Körper zu bilden. Dieser as wurde elektrisch gezündet unter Verwendung eines BaCKVZr-Zündsatzes, worauf 1,411 von im wesentlichen reinem CO₂ schnell abgegeben wurde, d. h. 0,13 1 je Gramm der verbrennbaren Mischung.

Beispiel 2

Beispiel 1 wurde wiederholt, wobei 28 g an vorbehandeltem Karbid und 79 g KO₂ verwendet wurde. Die kompakte Masse brannte nach der Zündung mit

³° einer Verbrennungsfront ab, die eine Geschwindigkeit von etwa 10 cm/min hatte, wobei 9,51 CO₂ abgegeben wurden, d. h. 0,091 je Gramm des brennbaren Gemisches.

Beispiel 3

Aus 28 g an vorbehandeltem Karbid, 79 g KO₂ und 85 g MgCO₃ wurde ein inniges Gemisch gebildet und mit einem Druck von 1050 kg/cm¹ zusammengepreßt, um einen zusammenhängenden Körper zu bilden, der nach der Zündung mit einer Geschwindigkeit von etwa 5 cm/min abbrannte, wobei 17,3 1 CO₂ freigegeben wurden, d. h. 0,09 l/g des brennbaren Gemisches.

Beispiel 4

Aus 75 g vorbehandeltem Calciumkarbid, 210 g KO₂, 150 g MgCO₃ und 18 g B₂O₃ wurde ein inniges Gemisch hergestellt, das mit einem Druck von 1050 kg/ cm² zusammengepreßt wurde, um einen zusammenhängenden Körper zu bilden, der nach der Zündung mit einer Geschwindigkeit von etwa 5 cm/min abbrannte, wobei 461 CO₂ abgegeben wurden, d. h. 0,11 l/g des brennbaren Gemisches.

Zusammensetzungen, in denen andere Peroxyde, Karbide oder Karbonate verwendet werden, brennen im wesentlichen ebenso ab wie die nach den obigen Beispielen, außer Zusammensetzungen, die Lithiumperoxyd enthalten, bei denen die Abbrenngeschwindigkeit etwa 25 % niedriger liegt.

Die erfindungsgemäßen Stoffe eignen sich besonders zur Erzeugung von Kohlendioxyd in transportablen Geräten, wie z. B. Feuerlöschern, Inertga^-Decken und anderen Feuerlöschgeräten.

Claims (4)

¹ hrpnnunesvprgang unter Verwendung des Luftsauer-

S eneugt werden kann, stand dagegen bisher

Patentansprüche: " geeignete KohlendioxydqueUe zur Verfügung.

Auseehend von diesem Stand der Technik liegt der

1 Brennbare Feststoffmischung zur Erzeugung * _{q Erfindung daher} die Aufgabe zugrunde,

von Kohlendioxyd, dadurch gekenl· 5 ve^s_Feststoffmischung zur Erzeugung von

zeichnet, daß sie aus emem verfestigen K_ohlendioxyd vorzuschlagen, die etwa in der Art der

Körper besteht, der ein gleichmäßig: *£j» ^kannten Chlorat-Kerzen zur Erzeugung von Sauer-

Oxyd aus der Gruppe der Alkalimetalle WJ gewünschte Gas in - bezogen auf das Ge-

AfkaUmetallsuperoxyde, Erdalkalimetallperoxyde 2_tX^g _Feststoffmischung - relativ großer Menge

und Erdalkalimetallsuperoxyde und ein Karb J ίο " ^ _{zwaf im Verlauf eine}s kontrolliert ab-

aus der Gruppe Erdalkaliraetallkarbide undWj- _laufenden chemischen Vorgangs,

miniumkarbide enthält, wobei diese Bestandteile Aufgabe wird durch eine brennbare Feststoff-

im wesentlichen in stöchiometrischen Anteilen vor- _chung gelöst, die gemäß der Erfindung dadurch

liegen. . . _{n ee}kennzeichnet ist, daß sie im wesentlichen aus einem

2. Mischung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 15 s . _{sti Körper} besteht, der ein gleichmäßig verzeichnet, daß sie ein gleichmäßig verteiltes an- _t o_{xvd aus} der Gruppe der Alkalimetallperoxyde, organisches Karbonat enthält, das ohne zu schmel- _Alkaümet ^J _allsUperoxyde, Erdalkalimetallperoxyde und zen bei einer Temperatur unterhalb der ν er- _{E dalkalime}tallsuperoxyde und em Karbid aus der brennungstemperatur des Stoffes thermisch zer- ^₀P₆ Erdalkalimetallkarbide und Aluminiumkarbide fällt. _J . . . _nn ²⁰ enthält, wobei diese Bestandteile in stöchiometrischen

3. Mischung nach Anspruch 2, dadurch,gekenn- enmait^ ^

zeichnet, daß sie Kaliumsuperoxyd, ^κ*™?™" _Eine solche brennbare Feststoffmischung ermöglicht

karbid und ein Karbonat enthält, dessen Zertaii- Druckbehälter zu verzichten, welche schwer

karbid und ein Karbonat enthält, dessen ^ertaus- '. _{teuer sind>} da bei ihrer Herstellung zahlreiche temperatur unter etwa 400^DC hegt, ^u"^d.^daf/T ^a5 Sicherheitsvorschriften beachtet werden müssen, und

jedes Mol Kaliumsuperoxyd etwa ein Drittel moi trotzdem keine absolute Sicherheit gegen ein

Kalziumkarbid und etwa zwei Drittel Mol aes _{Lecken fezw einen} Druckverlui» bieten. Ein solcher

Karbonats kommen. nnickverlust kann aber sehr schwerwiegende Nach-

4. Mischung nach einem der vorhergehenden ^rucKve^ ^^ ^ _{Kohlendioxyd für Notaus}.

Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie bor- 30 J^ _{n v}'_erwendet wird, die häufig für lange Zeit oxyd enthält. · _ungenutztem Zustand gelagert werden, wie dies

bei Feuerlöschern und Gassäcken der Fall ist. welche

als Sicherheitseinrichtungen in Automobilen eingebe setzt werden sollen. Für diese Anwendungsfälle ist nun c t tnff die erfindungsgemäße Feststoffmischung besonders

Die Erfindung betrifft eine brennbare Feststoff- d« ^JS insbesondere da mit ihrer Hilfe das Kohlenmischung zur Erzeugung von Kohlendioxyd. 8 e > ._{y konstanten} Geschwindigkeit Bekanntlich wird Kohlendioxyd fur verschiedene °'°*?^d _k7_{werden kann> was} beispielsweise bei Ver-Anwendungszwecke benötigt wöbe, es zumeist ,η ent _fl„ Kohlendioxyd gefüllten größeren Anlagen auf Druckbehälter abgefüllt und 40 _D™|_{häUern nur bei} Verwendung teurer Reduzierin diesen dem Verbraucher angeliefert wild ,wöbe £™S3£Twenlen kann.

sich auf Grund der Tatsachen, daß sich das Gas unter ventue er ^^ ^ _{Feststoffmischung gemäß}

dem in den Druckbehältern herrschenden Druck ver- _Erfindung besteht darin, daß sie ohne Energie-

fiüssigt, in diesen verhältnismäßig &>&£**«**&£ JJ _uhr weiterbrennt, sobald sie einmal an wenigstens transportieren lassen. Die US-Patentschrift 18 63 157 45 zufuhr werter _Zündtemperatur gebracht ist.

beschreibt beispielsweise ein Verfahren zur Erzeugung einem^^{unKl au} _{dje Feststoffmischung den be}.

von Kohlendioxyd, bei dem saure Substanzen in Ir ™^^r _cJ_{loratkerzen ähn}i_ich. Die Feststoffmischung kristalliner Form mit einem feuchtigke.tsabstoßenden 2Jⁿ _d^^M^_ndung wird für den praktischen EinStoff niedriger Schmelztemperatur gemischt und von gemäß der ^r■ £ „,„^ _{der geeignete} Ausdiesem umhüllt werden und bei dem die so behandelten ₅o satzwfernem » _{aufweist und} ^ Sbten in Kontakt m t einem KaAonat J^f»^«™^ _h Eilit d V

diesem umhüllt werden und bei dem die so be f _{aufweist und} ^ sauren Substanzen in Kontakt m t einem KaAonat J^f»^«™^,,^ _nach Einleitung des Vergebracht werden, wobei die chemische Reaktion dem aas; ^ _{Dje z}„_ndu ^ ^ zwischen diesen sauren Verbindungen und dem WP Verwendung üblicher Zünd-Karbonat durch die Temperatur regelbar ist, auf ^™^,^,^,^« mit Hilfe eines elek-

^Wtne ^dirSrÄkeit zur Erzeugung ^^^^^" ^ «" **

von Kohlendioxyd besteht darin, gasförm.ge oder ver- ^^^^^„^^,,^^ gemäß der