DE1946718B2

DE1946718B2 - Elektrische Heizvorrichtung für Rohrreaktoren

Info

Publication number: DE1946718B2
Application number: DE1946718A
Authority: DE
Inventors: Otto Dipl.-Chem. Dr. 5211 Bergheim Bleh (Verstorben); Rico 5211 Ranzel Kolbe; Ferdinand Dipl.-Chem. Dr. 5211 Ranzel Langenhoff; Erich Dipl.Chem. Dr. 5216 Niederkassel Termin
Original assignee: Dynamit Nobel AG
Current assignee: Dynamit Nobel AG
Priority date: 1969-09-16
Filing date: 1969-09-16
Publication date: 1974-12-12
Also published as: FR2063163B1; GB1324867A; JPS5225392B1; DE1946718C3; DE1946718A1; US3753660A; BE756215A; AT296445B; CH545652A; SE374476B; DK134392C; FR2063163A1; DK134392B; NL7013675A; NO128835B

Description

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Die Erfindung betrifft eine elektrische Heizvorrichtung für Rohrreaktoren, die besonders zur Umsetzung Von Metalloxiden oder -Silikaten mit Chlor in Gegenwart von Kohle dienen, mit in ein Kohlebett hineintagenden Kohleelektroden und gekühlten elektrischen Anschlußstücken.

Aus der deutschen Patentschrift 956 993 ist ein elektrisch beheizter Schachtofen zur direkten Chlorierung ©xydischer Erze in Gegenwart von Kohle bekannt, dessen Kohleelektroden über ein Kohlebett miteinander elektrisch leitend verbunden sind. Die Kohleelektroden sind mittels wasser- bzw. luftgekühlter eiserner Kontaktschellen mit den Stromzuführungen Verbunden. Da die Kohleelektroden porös und chlordurchlässig sind, konnte auf diese Weise jedoch kein einwandfreier elektrischer Kontakt von der Kohle zum Metall hergestellt werden. Nach einiger Zeit ging der elektrische Kontakt verloren, wahrscheinlich durch lorrosive Einwirkung von Chlor auf das Metall. Ein Versuch, den Kontakt dadurch zu erhalten, daß als Kontaktmetall chlorwiderstandsfähige Metalle, wie Nickel oder Silber, verwendet wurden, scheiterte eben-So wie die Versuche, die Elektroden durch Imprägnieren mit Wachsen, Harzen usw. chlorundurchlässig zu machen. Selbst die Imprägnierung mit Bleisalzlösungen, wie sie in der sowjetischen Patentschrift 197 529 beschrieben ist, führte nicht zum Erfolg.

Es ist des weiteren aus der deutschen Auslegeschrift 1 108 673 bekannt, bei Elektrolysezellen für die Chloralkalielektrolyse die Elektroden nicht durch den Zellenboden nach außen hindurchzuführen, sondern auf den geschlossenen Boden aufzusetzen und in einer BJeieinscbmelzimg zu halten. Die Bkieinschjnelzung und der untere Teil der Elektroden sind mit einer inerten, flüssigkeitsundurchlässigen, nichtleitenden Masse (z. B, Bitumen, Erdölrückstände oder Asphalt) überdeckt, fiber welche eine Grundplatte aus armiertem Beton liegt. Die Grundplatte ist an den Kanten mit einer Kittschiebt überzogen, die eine Gummidichtung umschließt. Auf diese Weise wird jedes Leckwerden und das Auftreten elektrolytischer Vorgänge am Zelkmboden sowie eine Korrosion des Zellenbodens durch den Aaolyten verhindert. Ein Hinweis darauf, daß auf diese Weise bei elektrischen Heizvorrichtungen für Rohrreaktoren, die besonders zur Umsetzung von Metalloxiden oder -Silikaten mit Chlor in Gegenwart von KohJe dienen, eine Chlorgasströmung durch die Elektroden hindurch und dadurch wiederum eine Kentaktverschlechterung verhindert werden könnte, wird dabei nicht gegeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Heizvorrichtung der eingangs genannten Art eine Verschlechterung des elektrischen Kontaktes zwischen den Kohleelektroden und den Metallkontakten zu vermeiden.

Erfinüungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die in das zwischen gasdurchlässigen, elektroisolierenden, inerten Schichten am Reaktorboden liegende Kohlebett hineinragenden Kohleelektroden am unteren Ende ihres aus dem Reaktorboden herausragenden Schaftes in einem das elektrische Anschlußstück bildenden Kontaktkopf mit Blei umgössen sind und daß der Schaft der Elektroden in einem anliegenden Elektroisolierrohr aus Quarz, Glas oder Quarzgut liegt, das in die mit Blei umgossene Zone hineinragt.

Das Kohlebett besteht zweckmäßig aus Kugelgraphit. Das obere Ende der Elektroden ist zweckmäßig kolbenförmig oder ein- oder beidseitig abgewinkelt ausgebildet.

In der Zeichnung ist eine Heizvorrichtung gemäß der Erfindung im Längsschnitt schematisch dargestellt.

Die Kohleelektroden 1 sind im Unterteil eines Reaktors 2 so angeordnet, daß ein genügend großer Abstand zwischen den Elektroden vorhanden ist. Der Abstand richtet sich nach dem Reaktordurchmesser. Er kann z. B. 15 cm aber auch 100 cm betragen. Der Elekirodenkopf kann quadratisch sein, eine Kolbenform haben oder einseitig bzw. doppelseitig abgewinkelt sein. Solche Elektroden sind besonders deswegen oft von Vorteil., weil man den Elektrodenabstand variieren kann, indem man die Elektroden um bis zu 9O⁰C dreht.

Der Elektrodenanteil unterhalb des Elektrodenkopfes bis über den Elektrodenflansch 3 hin ist mit einem feuerfesten, chlorbeständigen Elektroisolierrohr 4 aus Quarz, Glas oder Quarzgut versehen. Das untere Elektrodenende ist in einem wassergekühlten Kontaktkopf 5 in Blei eingeschmolzen. Das Elektroisolierrohr 4 ragt in die Bieieinschmelzung 6 hinein. Die Bieieinschmelzung 6 hat sich überraschenderweise als die günstigste Lösung des Problems »Elektrokontakt von Kohle zu Metall« bei Chloreinwirkung erwiesen.

Die elektrische Isolierung des Kontaktkopfes zum Reaktorboden erfolgt dadurch, daß eine elektrisch isolierende Flanschdichtung 7 und elektrisch isolierende Schraubenhülsen 7 verwendet werden.

An den Kontaktkopf ist eine versilberte Kupferschiene 8 angeschweißt, durch die der Kontakt zur elektrischen Stromquelle hergestellt wird. Der Reak-

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tionsraum ist mit einer elektrisch isolierenden und meist feuerfesten Auskleidung 9 versehen. Die elektrische Isolierung muß auf jeden Fall vorhanden sein, um eine falsche elektrische Stromführung zu vermeiden. Bei einer Flächenbeheizung von größerem Durchmesser können auch mehrere Elektrodenpaare über Kreuz angeordnet zum Einsatz kommen. Zum Reaktorboden hin erfolijt die elektrische Isolierung durch eine Asbestdichtung 10 und z. B, durch Schmelzkorundschüttuagen 11 von etwa 3 cm Höhe mit einer Körnung von 3 bis 5 mm. Schüttungen aus MgO, ZrOj, SiO₁ od. dgl. können ebenfalls verwendet werden.

Der Elektrodenzwischenraum wird mit Kohle 12 voll geschüttet Es wurde dabei gefunden, daß Kugelgraphit das beste Kohlebettmaterial ist, besonders deswegen, weil bei einer eventuellen Abarbeitung der Kohle bei brüchigen Stücken Hohlräume entstehen, die zur Unterbrechung des Stromflusses führen. Kugeln dagegen rollen nach und arbeiten störungsfrei. Außerdem gewährleisten die Kugeln eine ausgezeichnete Chüorgasdurchströmung und Chlorgasverteilung, da das zur Reaktion benötigte durch das Rohr 13 zugeführte Gas durch das Kohlebett strömt. In bekannter Weise werden die Metalloxide bzw. -silikate von oben kontinuierlich oder auch diskontinuierlich auf die oberste Schmelzkorundschicht 11 aufgegeben und die Reaktionsprodukte am oberen, nicht gezeigten Reaktorende abgezogen.

In dem dieser Erfindung besonders zugrunde liegenden Fall handelt es sich um eine Energiezuführung in ein System, das Temperaturschwankungen bzw. Dauerbelastungen von etwa 200 bis 1300⁰C unterliegt. Das System ist außerdem starker, chemischer Beanspruchung ausgesetzt, da die Temperaturen in Gegenwart von Chlor, Kohle und Reaktionsgasen wie z. B. VOCl₃, TiCl₄, ZrCl₄, SiCl₄, CO, CO₂, COCl₂ usw., also gleichzeitig reduzierenden und oxidierenden Medien, avfrechterhalten werden sollen.

Es handelt sich besonders um die Durchführung von reduktiven Chlorierungsreaktionen und die Herstellung von chloridischen Materialien, wb sie in den folgenden Gleichungen als Beispiele dargestellt sind:

a) V₂O₅ -I- 2 C + 3 Cl₂

600° C*

2 VOCl₃ -r CO₂ + CO

b) TiO, + 2 C + 2 Cl,
8QO⁰C

c) ZrSiO₄ + 4 C + 4 Cl,
1100⁰C

TiCi₄ + 2 CO

ZrCl₄ + SiCl₄ + 4 CO

Die Heizung muß sich im Reaktor selbst befinden

to und muß gegen die Außenatmosphäre gasdicht abschließen, ohne daß der Stromfluß beeinträchtigt wird. Außerdem muß eine einwandfreie, elektrische Isolation gegen den Metallmantel des Reaktors gegeben sein. Es sind keine echten Wirbelbett-, sondern Quasiwirbelbettreaktionen. Die Gasströmungsgeschwindigkeiten sind nicht sehr hoch. Die höchsten Temperaturen sind auf einer großen Fläche, nicht aber im Raum erforderlich, wie es z. B. gemäß der britischen Patentschrift 865 939 der Fall ist.

ao Es wurde auch versucht, eine Quarzspiralenwiderstandsheizung zu verwenden. Diese ist zwar in einem breiten Bereich anwendbar, !.doch hält sie einer Dauerwechselbelastung in Geger»*vart von Kohle nicht stand. Es tritt nach einiger Zeit Versprödung des

as Quarzes ein. Andererseits ist Quarz gegen mechanische Belastungen nicht genug widerstandsfähig.

Mit einer erfindungsgemäßen Beheizung eines Reaktors von 600 mm Außendurchmesser wurde ein Chlorierungsprozeß zur Herstellung von VOCl₃ nach Gleichung (a) betrieben. Der Elektrodenkopf war quadratisch mit einer Kantenlänge von 90 mm und am oberen Ende einseitig abgewinkelt. Die Schenkellänge betrug 40 mm, der Elektrodenabstand bei der in der Zeichnung dargestellten Kopfanordnung 120 mm.

Die Elektroden wurden mit Wechselstrom von 10 V und 160 A gespeist; nach 3 h hatte der Reaktionsraum eine Temperatur von 500⁰C. Der Prozeß lief über ein halbes Jahr reibungslos, wobei die Heizung öfters abgeschaltet und wieder eingeschaltet wurde.

Ferner wurde in einem Reaktor von 300 mm Außenduichmesser mit entsprechend verringerten Elektrodenabmessungen eine Chlorierungsreaktion nach Gleichung (c) betrieben. Die Elektroden vurden mit 10 V und 1000 A Wechselstrom gespeist. Nach 4 h hatte der Reaktionsraum eine Temperatur von 1000⁰C. Nach 4wöchiger Arbeitsdauer waren nur unwesentliche Abnutzungserscheinungen am Heizbett und an den Elektroden erkennbar.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrische Heizvorrichtung für Rohrreaktoren, die besonders zur Umsetzung von Metalloxiden oder -Silikaten mit Chlor in Gegenwart von Kohle dienen, mit in ein Kohlebett hineinragenden Kohleelektroden und gekühlten elektrischen Anschlußstücken, dadurch gekennzeich-io net, daß die in das zwischen gasdurchlässigen, elektroisolierenden, inerten Schichten (11) am Reaktorboden liegende Kohlebett (12) hineinragenden Kohleelekfroden (1) am unteren Ende ihres aus dem Reaktorboden herausragenden Schaftes in einem das elektrische Anschlußstück bildenden Kontaktkopf (5) mit Blei (6) umgössen sind und daß der Schaft der Elektroden (1) in einem anliegenden Elektroisolierrohr (4) aus Quarz, Glas oder Quarzgut liegt, das in dis mit »° Blei (6) umgossene Zone hineinragt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kohlebett (12) aus Kugelgraphit besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Ende der Elektroden (1) kolbenförmig oder ein- oder beidseitig abgewinkelt ausgebildet ist.