DE2113241C3 - Verfahren zum Überziehen von Kohlenstoffteilchen - Google Patents

Description

währleistet. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die organische Flüssigkeit mit Methanol zu einer Lösung vermischt wird, die etwa 1 bis etwa 50 Gew.% der organischen Flüssigkeit enthält, sodann die Lösung mit Kohlenstoffteilchen in einer Menge von 0,5 bis etwa 10 Gew.% der Flüssigkeit (ohne Methanol) bezogen auf das Gewicht des Kohlenstoffs vermischt wird unter Ausbildung einer Masse mit knetbarer oder extrudierbarer Konsistenz, sodann die Masse in einer nicht oxidierenden Atmosphäre hohen DrehmomentkräfteD ausgesetzt und in der gewünschten Weise unterteilt wird und daß im wesentlichen das gesamte Methanol in an sich bekannter Weise durch Verdampfen wieder entfernt wird.

Der mit der Erfindung erzielbare Vorteil liegt darin, daß mit einem Minimum an Kosten schnell und leicht ein sehr einheitliches und vollständiges Überziehen der vermahlenen Kohlenstoffteilchen mit der viskosen organischen Flüssigkeitsbarriere erreicht werden kann. Die vorteilhafte Verwendung von Methanol besteht insbesondere darin, daß Temperatur und Druck so gewählt werden können, daß das Methanol in wirksamer Weise entfernt wird, ohne daß eine Störung der organischen Flüssigkeitsbarriere bewirkt wird.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.

Die vermittels des erfindungsgemäßen Verfahrens überzogenen Kohlenstoffteilchen sind zum Herstellen einer Vielzahl elastomerer Produkte geeignet, wie mechanischer Kautschukprodukte, Reifenkarkassen und Laufbändern, extrudierten Kautschukprodukten und ähnlichen Materialien, die aus vulkanisierbaren Elastomeren hergestellt sind, wie Natur- und Synthesekautschuk, Styrol-Butadien-Kopolymere, Butadien-Akrylnitril-Kopolymere, Butylkautschuk,

Äthylen-Propylen-Diolefin-Terpolymere, Polyisopren, vulkanisierbare, elastomere Materialien, die Doppelverbindungen enthalten und aus Chloroprenen oder Fluoroprenen abgeleitet sind.

Die Erfindung wird weiterhin anhand der schematischen Darstellung erläutert, die die zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens in Anwendung kommende Vorrichtung zeigt.
(1) Ausgangsprodukte

a) Kohlenstoffprodukte

Zu den Kohlenstoff enthaltenden Produkten, die als Ausgangsprodukte für das erfindungsgemäße Verfahren geeignet sind, gehören verzögerter Erdölkoks, flüssiger Erdölkoks, Anthrazitkohle, aus Kohle abgeleiteter Koks, Grude, z. B. nicht agglomerierte Produkte abgeleitet aus Kohle usw. Vorzugsweise sollten die Kohlenstoff enthaltenden Produkte etwa 0,1 bis etwa 10 Gewichtsprozent, stärker bevorzugt 1 bis etwa 8 Gewichtsprozent und insbesondere bevorzugt 2 bis etwa 6 Gewichtsprozent flüchtige, verbrennbare Stoffe, bezogen auf das Gewicht des Kohlenstoffs, enthalten.

b) Organische Barrieren

Die als Barrieren gerei: Ü2 Oxidation der Oberfläche des pulverisierten Kohlenstoffs angewandten organischen Produkte sind vorzugsweise Kohlenwasserstoffe, stärker bevorzugt aromatische Kohlenwasserstoffe und insbesondere bevorzugt leichte katalytische öle. Zu den geeigneten Barriereflüssigkeiten gehören paraffinische öle, z. B. hydrierte Gasöle und Mineral

ole, olefinische ÖJe, z. B. gespaltene Benzinfraktionen, katalytische Aufschwemmöle, Fettsäuresalze, katalytische öle, aromatische Öle. Zu weiteren geeigneten Barriereflüssigkeiten gehören schweres katalytisches Öl, geklärtes katalytisches Aufschwemmöl oder aromatische Extrakte jeder der zwei letzteren öle. Im allgemeinen sollten die Barriereflüssigkeiten eine Viskosität von etwa 10 bis 75 Sayboldt Sekunden Universalt (SSU) bei 38° C, stärker als bevorzugt eine Viskosität von etwa 20 bis etwa 50 Sekunden und insbesondere bevorzugt eine Viskosität von 30 bis 45 Sekunden aufweisen. Die Flüssigkeit wird vorzugsweise innerhalb des angenäherten Bereiches von 93° C bis 482° C, stärker bevorzugt von 121° C bis 422° C und insbesondere bevorzugt von 163° C bis 328° C sieden. Es kann Stearinsäure oder Zinkstearat anstelle der Flüssigkeiten angewandt werden, jedoch sind dieselben im Vergleich zu den organischen Flüssigkeiten relativ kostspielig.
c) Vulkanisierbare Elastomere

Es können allgemein vulkanisierbare Elastomere angewandt werden, jedoch gehören zu diesen bevorzugt diejenigen, die weiter oben im einzelnen angegeben sind, und insbesondere bevorzugt sind Naturkautschuk und Styrol-Butadien-Kopolymere (SBR).
(2) Vorrichtung

a) Die bevorzugten Mahlmühlen für das Pulverisieren des Kohlenstoff enthaltenden Produktes sind Strömungsmittel-Energiemühlen der Type, die hier allgemein als »Hurricane Mühlen« bezeichnet wird, z. B. das Model Nr. 30-10 hergestellt von Majac, Inc. of Sharpsburg, Pa, USA. Die Strömungsmittel-Energiemühlen können innerhalb eines breiten Bereiches inerter und nicht oxidierender Atmosphären arbeiten. Unter dem Begriff »nicht oxidierende Atmosphäre« sind hier Medien zu verstehen, die keine merklichen Mengen an freiem Sauerstoff enthalten. Wasserdampf ist das am stärksten bevorzugte Mahlmedium vom Gesichtspunkt der Wirtschaftlichkeit aus, jedoch können auch Stickstoff, Helium, Wasserstoff, Argon, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid und eine große Vielzahl weiterer Gase, die allgemein als inert oder reduzierend gelten, angewandt werden. Zwecks Erzielen einer größtmöglichen Wirtschaftlichkeit bei dem Vermählen sind Gase geringen Molekulargewichtes z. B. Wasserstoff und Wasserdampf bevorzugt.
Die autogene Mahlmühle wird herkömmlicherweise betrieben, vorzugsweise bei Temperaturen von etwa 168 bis etwa 427° C, stärker bevorzugt bei etwa 204° C bis etwa 372° C und insbesondere bevorzugt bei 204 bis 260° C. Die Klassifizierungsvorrichtung wird so betrieben, daß sich eine durchschnittliche TeilchengröSe auf der Gewichtsgrundlage von weniger als 2,5 Mikron ergibt, wobei 99 Gewichtsprozent des Produktes eine Teilchengröße von nicht weniger als 5 Mikron besitzen. Stärker bevorzugte Bereiche sind eine durchschnittliche Teilchengröße von kleiner als 1,5, wobei 99 Gewichtsprozent kleiner als 3 Mikron sind.

Die Klassifizierungsvorrichtung ist vorzugsweise eine Zentrifugalvorrichtung und wird unter einer nicht oxidierenden Atmosphäre betrieben.

Die Erfindung wird im folgenden weiterhin anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert.

Ausfiihrungsbeispiel

Gemäß der Zeichnung wird ein granulierter, roher, flüssiger Koks, der vermittels Granulieren eines flüssigen Erdölkokses der Art hergestellt worden ist, wie er nach den Verfahren von A. Voorhies, Fluid Coking Proceedings of the 4th World Petroleum Congress, Section III/F, Seite 360 und Petroleum Processing, März 1956, Seite 135 bis 137, gewonnen wurde, von dem Vorratsbehälter 1 einer Mühle zugeführt, die ein Model Nr. 30-10 mill 2, hergestellt von Majac Inc. of Sharpsburg, Pa. USA ist. Es wird Wasserdampf als mahlendes Strömungsmittel mit einer Schallgeschwindigkeit bei einer Temperatur von angenähert 204 bis 427° C - nach Austritt aus der Düse - angewandt, und in der Mühle wird ein Düsendruck von 7 bis 10,5 kg/cm² aufrechterhalten. Diese spezielle Mühle weist gegenüberliegende Düsen auf, wodurch ein Strom der Teilchen auf einem zweiten Strom der Teilchen auftrifft, und hierdurch ergibt sich ein sehr wirksames autogenes Vermählen. Der Mahlprozeß wird fortgesetzt, wobei Teilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von kleiner als 1,5 Mikron und bei Vorliegen von 99 Gewichtsprozent mit einer Teilchengröße von kleiner als 3 Mikron, kontinuierlich von der Klassifizierungsvorrichtung 3 der Mühle 2 abgezogen werden. Teilchen in Übergröße werden an die Pulverisierungsvorrichtung für ein weiteres Vermählen durch die Leitung 4 zurückgeführt. Es wird Wasserdampf und vermahlener Wasserdampfdruck durch die Leitung 5 zu dem Staubsammler 6 geführt, wo die Koksteilchen abgeschieden und der Wasserdampf abgelassen wird. Die Koksteilchen bewegen sich sodann durch die Wasserleitung 7 in einen herkömmlichen Vorratsbehälter 8. Es wird eine inerte Atmosphäre, in diesem Fall Stickstoff, kontinuierlich durch den Vorratsbehälter geführt, um so das Pulver gegenüber einer Berührung mit Sauerstoff zu schützen. Sobald eine Charge von angenähert 90 kg sich im Vorratsbehälter 8 gesammelt hat, erfolgt ein Verschließen gegenüber einem weiteren Ansammeln von Kohlenstoffteilchen, und die in dem Vorratsbehälter 8 vorliegenden Kohlenstoffteilchen läßt man in einen Bandtrockenmischer 9 eintreten, in dem eine inerte Atmosphäre vorliegt.

Es werden 45,4 kg Methanol und 17,2 kg eines aromatischen Öls mit einer Viskosität von angenähert 35 Sekunden SSU bei 38 ° C und bestehend aus einem 50 Gewichtsprozent/50 Gewichtsprozent Gemisch aus schwerem katalytischem Spaitöi- im wesentlichen bestehend aus Alkylnaphthalenen-iHCCO) und gemischte Xylole vermittels eines herkömmlichen Flügelmischers 10 vermischt, der sich in den Mischtank 12 erstreckt. Das sich ergebende Gemisch weist eine Viskosität von angenähert 0,05 cP bei 38° C auf. Sobald das an dem Boden des Mischtanks 12 angeordnete Ventil 13 geöffnet wird, drückt die Pumpe 11 das Gemisch aus HCCO, Xylolen und Methanol durch den Sprühkopf 14, der sich im Inneren der Mischvorrichtung 9 befindet. Das Gemisch wird somit einheitlich an die Kohlenstoffteilchen gesprüht, da dieselben durch das Bandelement in der Bandmischvorrichtung 9 in Bewegung gehalten werden. Nach angenähert 20minütigem Vermischen sind die Kohlenstoffteilchen einheitlich mit der Lösung aus Methanol-HCCO-Xylolen überzogen. Sodann werden in Berührung mit der Trockenmischvorrichtung 8 angeordnete Erhitzungselemente 15 für das Erhitzen des Inneren der Trockenmischvorrichtung auf angehähert 79° C angewandt, wodurch praktisch das gesamte Methanol entfernt wird, das durch die inerte Atmosphäre weggeführt wird. Die inerte Atmosphäre wird durch den Ablaß 16 entfernt, und das Methanol wird praktisch vollständig durch den Teilkühler 17 zurückgewonnen, der mit Wasser gekühlt wird. Das zurückgewonnene Methanol wird sodann in das Verfahren erneut eingeführt.

Die nunmehr einheitlich mit HCCO als organische Flüssigkeitsbarriere gegen die Oxidation überzogenen Teilchen werden in eine Pelletisiervorrichtung 17 eingeführt, in der dieselben in Pallets oder Kügelchen mit einem Durchmesser von angenähert 3 mm verpreßt werden. Die Teilchen werden sodann in mit Polyaethylen aufgeschlagenen Faserplatten-Trommeln belagert und dieselben werden herkömmlicherweise in vulkanisierbare elastomere Massen kompoundiert jo werden, die in herkömmlicher Weise verformt und vulkanisiert werden unter Ausbilden verschieden geformter, elastomerer Gegenstände. Das Prüfen der fertigen, vulkanisierbaren Elastomeren zeigt, daß die Kohlenstoffteilchen die hohen Moduleigenschaften der Produkte nach der US-Patentschrift 3404019 vermittelt haben, die gegenüber Oxidation der Oberfläche geschützt worden sind. Die Abwesenheit einer merklichen Oxidation wird weiterhin bei der Kautschukprüfung durch die optimale Vulkanisationszeit bestätigt, die nach verlängerter Lagerung der fertigen Kohlenstoffteilchen praktisch unverändert bleibt.
(4) Abgewandelte Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes

Es können Modifizierungen im Rahmen der Erfindung ausgeführt werden; so kann z. B. das Methanol durch Verringern des Drucks im Inneren der Trokkenmischvorrichtung oder durch Erhitzen von etwa 38° C auf etwa 149° C, stärker bevorzugt von etwa 71 auf etwa 177° C entfernt werden, und die in Anwendung kommende flüssige Barriere kann eine Viskosität von etwa 10 bis 70, stärker bevorzugt von etwa 15 bis 5G und insbesondere bevorzugt von ciwä 3G bis 40 Sayboldt-Universal-Sekunden bei 38° C besitzen. Es werden etwa 0,5 bis etwa 10 Gewichtsprozent, stärker bevorzugt 1 bis 8 Gewichtsprozent und insbesondere bevorzugt 2 bis 14 Gewichtsprozent der Barrierenflussigkeit - ausschließlich Methanol - angewandt, und zwar bezogen auf das Gewicht der geschützten Kohlenstoffteilchen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Überziehen von Kohlenstoffteilchen mit einem durchschnittlichen Durchmesser von weniger als 2,5 Mikron mit einer organischen Flüssigkeit zum Schütze gegen Oxidation, wobei die Flüssigkeit eine Viskosität von etwa 10 bis etwa 70 Sayboldt-Universalsekunden bei 38° C aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die organische Flüssigkeit mit Methanol zu einer Lösung vermischt wird, die 1 bis etwa 50 Gew.% der organischen Flüssigkeit enthält, sodann die Lösung mit Kohlenstoffteilchen in einer Menge von 0,5 bis etwa 10 Gew.% der Flüssigkeit (ohne Methanol) bezogen auf das Gewicht des Kohlenstoffs vermischt wird unter Ausbilden einer Masse mit knetbarer oder extrudierbarer Konsistenz, sodann die Masse in einer nicht oxidierenden Atmosphäre hohen Drehmoment- krähen ausgesetzt und in der gewünschten Weise unterteilt wird und daß im wesentlichen das gesamte Methanol in an sich bekannter Weise durch Verdampfen wieder entfernt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlenstoffteilchen fein verteilter Koks sind, der unter einer nicht oxidierenden Atmosphäre vermählen worden ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen in einer Strömungsmittel-Energiemühle vermählen werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die organische Flüssigkeitsbarriere einen Siedepunkt von etwa 93 bis etwa 488° C und eine Viskosität von etwa 15 bis etwa 50 Sayboldt-Universalsekunden bei 38° C aufweist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die organische Flüssigkeitsbarriere ein Glied aus der Klasse bestehend aus paraffinischen und olefinischen ölen, katalytischen Aufschwemmungsölen, Fettsäure, Fettsäuresalzen, katalytischen ölen und aromatischen ölen ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die organische Flüssigkeitsbarriere ein aromatisches Ol ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die organische Flüssigkeitsbarriere ein schweres katalytisches öl, geklärtes katalytisches Aufschwemmungsöl oder aromatische Extrakte eines der vorangehenden Produkte darstellt.

8. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht oxidierende Atmosphäre ein überhitzter Wasserdampf ist.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht oxidierende Atmosphäre aus Stickstoff, Helium, Wasserstoff, Argon, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid oder Gemischen derselben besteht.

10. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht oxidierende Atmosphäre überhitzter Wasserdampf ist.

ίο

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überziehen von Kohlenstoffteilchen mit einem durchschnittlichen Durchmesser von weniger als 2,5 Mikron mit einer organischen Flüssigkeit zum Schutz gegen Oxidation, wobei die Flüssigkeit eine Viskosität von etwa 10 bis etwa 70 Sayboldt-Universalsekunden bei 38° C aufweist.

Aus der US-PS 3404019 ist ein derartiges Verfahren bekannt, bei dem das Kohlenstoff enthaltende Material in einer nicht oxidierenden Atmosphäre vermählen wird und die erhaltenen Teilchen zum Schutz gegen Oxidation mit einer Schicht einer Flüssigkeit mit einem Siedepunkt von 21° bis 121° C überzogen werden. Wenn die Flüssigkeit in herkömmlicher Weise auf die Kohlenstoffteilchen aufgebracht wird, z. B. mittels Sprühen der heißen Flüssigkeit in eine herkömmliche Fest-FIüssigkeits-Mischvorrichtung, besteht die Gefahr einer ungleichmäßigen Verteilung und eines unvollständigen Überziehens der Teilchen, so daß nur ein unvollständiger Schutz gegen Oxidation erzielt wird.

Aus der DD-PS 68 307 ist ein Verfahren zur Herstellung von kugelförmigen Rußpartikelchen für wissenschaftliche Untersuchungen bekannt, bei dem handelsüblicher Ruß in einem organischen Lösungsmittel suspendiert und in Gegenwart einer geringen Menge Kohlenwasserstoff mit Ultraschall behandelt und danach mit Hilfe einer Schüttelmaschine oder in anderer geeigneter Weise in einheitliche kugelförmige Rußpartikel überführt wird. Die nach diesem bekannten Verfahren verwendeten organischen Lösungsmittel sind nicht geeignet, die Kohlenstoffpartikelchen gegen eine oxidierende Atmosphäre zu schützen, da diese flüchtig sind und verdampfen, sobald die Kohlenstoffpartikelchen einer oxidierenden Atmosphäre ausgesetzt werden. Die hierin angesprochene geringe Menge Kohlenwasserstoff (beispielsweise Pyren) ist weder ihrer Struktur nach noch ihrer Menge nach geeignet, die Rußpartikelchen mit einer gegen die oxidierende Atmosphäre schützenden Ummantelung zu umgeben.

Aus der US-PS 1263082 ist es bekannt, flockige oder pulverige Substanzen mit einer leicht verdampfenden Flüssigkeit zu benetzen und die Flüssigkeit sodann durch Verdampfen zu entfernen. Das Überziehen mit einer Schutzschicht ist nicht vorgesehen.

Weiterhin ist aus der DE-PS 663 334 bekannt, feinpulverigen Gasruß ohne Zusatz eines Bindemittels und ohne Zusatz von gegen eine oxidierende Atmosphäre schützenden Stoffen mit einer flüchtigen Flüssigkeit, wie Alkohol, Benzol, Benzin, Methanol, Aceton oder auch vorzugsweise mit Wasser anzufeuchten, darauf zu zerkleinern und anschließend von der Flüssigkeit durch deren Verdampfen zu befreien. Hieraus ist nicht zu entnehmen, wie sich eine organische Barriereflüssigkeit höherer Viskosität als dichte Schutzummantelungauf Kohlenstoffpartikelchen aufbringen läßt.

Darüber hinaus ist aus der GB-PS 1078113 ein Verfahren zur Herstellung von Rußgranulat mittels einer flüchtigen organischen Flüssigkeit, jedoch ohne Überzugsagenz bekannt.

Gegenüber diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Gattung zu schaffen, das eine gleichmäßige Verteilung zwischen den Kohlenstoffpartikelchen und der die Schutzschicht bildenden Flüssigkeit sowie ein vollständiges Überziehen der Teilchen ge-