DE2364109B1

DE2364109B1 - Auffangvorrichtung für gasförmige Reaktionsprodukte

Info

Publication number: DE2364109B1
Application number: DE2364109A
Authority: DE
Inventors: Theodor Dipl.-Chem. Dr. Benecke; Andreas 5159 Balkhausen Korsten; Fritz Dipl.-Chem. Dr. Petersen; Guenter Dipl.-Chem. Dr. 8000 Muenchen Wiebke
Original assignee: Elektroschmelzwerk Kempten 8000 Muenchen GmbH
Current assignee: Elektroschmelzwerk Kempten 8000 Muenchen GmbH
Priority date: 1973-12-21
Filing date: 1973-12-21
Publication date: 1975-03-20
Also published as: BE823565A; ZA747988B; DE2364109C2

Description

Es ist bekannt, daß bei der Herstellung von Carbiden, insbesondere Siliciumcarbid, aus einem Gemisch von Metalloxiden und kohlehaltigem Material durch direkte elektrische Heizung nach" dem Widerstandsprinzip in einem sogenannten Widerstandsofen größere Vlengen an gasförmigen Nebenprodukten, insbesondere Kohlenmonoxid, anfallen.

Derartige Widerstandsöfen, die in gleicher Weise auch für die Herstellung von beispielsweise Elektrouraphit verwendet werden können, sind im allgemeinen rechteckig gebaut, oben offen und bis /.u 20 in lang. Der Boden und die Stirnwände sind aus feuerfeiten Steinen gemauert, während die Seitenwände abnehmbar sind. Die Strotn/.ulührung erfolgt durch in die Stirnwände eingebaute Graphit- oder Kohleelektroden.

Nach der in der Patentanmeldung P 23 o4 107.S beschriebenen Ofenanlage ist es ferner möglich, die Elektroden als Bodenelektroden anzuordnen, so daß der für die Reaktion notwendige Möller über den Bodenelektroden und dem Widerstandskern seinem natürlichen Schüttkegel entsprechend geschüttet und die Anlage als Hügelofen ohne Wände, d. h. ohne seitliche und stirnseitige Eingrenzung durch Wandelemente, betrieben werden kann. Die mit Bodenelektroden ausgerüstete Anlage kann jedoch auch mit Wänden umgeben werden, die den Möller aufnehmen, wobei dann sowohl für die seitliche Begrenzung als auch für den .stirnseitigen Abschluß einfache, transportable Wände verwendet werden können.

1-5 Bei allen Ofenanlagen der genannten Bauarten können die als Nebenprodukte anfallenden Abgase entweder ungehindert durch die große Oberfläche des porösen Möllers hindurch in die Luft entweichen oder angezündet werden, wodurch die Vergiftung des Bedienungspersonals und die Explosionsgefahr durch Kohlenmonoxid, das in beträchtichen Mengen in den Abgasen enthalten ist. vermieden werden soll.

Da die Verbrennung aber zwangläufig unvollständig verläuft und hiermit verbundene Geruchsbelästigung sehr störend ist. sind bereits zahlreiche Vorschläge zum Auffangen der Abgase gemacht worden. Bei derartigen Versuchen ist es jedoch zu schweren Explosionen gekommen, so daß sich diese Vorschläge in der Praxis nicht durchsetzen konnten. Entgasungs-

vorrichtungen für geschlossene Öfen kleinerer Dimensionen und für kontinuierliche Verfahren in Reaktionskammern, ebenfalls geringer Abmessungen, sind jedoch auf Widerstandsöfen der angegebenen Größenordnung nicht übertragbar.

Wie schwerwiegend das Problem der Abgasbeseitigung ist, insbesondere im Hinblick auf die strengen Anforderungen des Umweltschutzes, kann am Beispiel der Reaktionsgleichung für die Herstellung von Siliciumcarbid veranschaulicht werden:

SiO₂ + 3C — SiC + 2CO

d. h., pro Tonne SiC werden 1,4 Tonnen CO, entsprechend 1120 Nm:', gebildet. Außer CO enthalten die Abgase noch andere gasförmige Verbindungen wie Kohlenwasserstoffe, insbesondere Methan, und Schwefelwasserstoff, die aus Verunreinigungen im eingesetzten Koks gebildet werden, und nur ein Teil dieser Gase brennt an den dafür vorgesehenen öffnungen der Seitenwände undaoder auf der Oberfläche

Sq des Möllers ab, der Rest entweicht unverbrannt aus der Ofenanlage.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfache Vorrichtung zu finden, die eine praktisch quantitative Entfernung von Kohlenmonoxid und anderer Bestandteile der Abgase, die bei der Herstellung von Carbiden, insbesondere Siliciumcarbid, im Widerstandsofen anfallen, ermöglicht, wobei die Abgase gegebenenfalls einer gewünschten Verwendung zugeführt werden können, so daß ein Teil der Energie wieder gewonnen werden kann.

Die erfindungsgemäße Auffangvorrichtung für gasförmige Reaktionsprodukte in Ofenanlagen, die durch direkte elektrische Heizung nach dem Widerstandsprinzip betrieben werden, insbesondere in SiIiciumcarbidöl'en, ist dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb des Möllers mit dem darin eingelagerten Widerstandskern ein mit porösem Material gefülltes Bett und oberhalb de:· Möllers eine l'lächentormisi

COPY

ausgebildete Abdeckung angeordnet ist, wobei innerhalb des Bettes und unterhalb der Abdeckung Gasabzugskanäle angebracht sind, durch welche die aufgefangenen gasförmigen Reaktionsprodukte aus der Ofenanlage herausgeführt werden. Das definitionsgemaß unterhalb des Möllers und vorzugsweise unter dem Ofenboden angeordnete Bett, dessen Querschnitt beliebig gewählt werden kann, erstreckt sich vorteilhaft über die gesamte Länge des Ofens zwischen den Elektroden, wobei je nach der Beschaffenheit des Bodens Sohle und Böschungen des Bettes zusätzlich mit einer gasundurchlässigen Schicht abgedichtet werden können.

Diese Abdichtung kann beispielsweise durch eine Betonschicht erfolgen oder durch eine Kunststoffolie, die selbstverständlich in ausreichender Entfernung von dem heißen Möller angebracht werden muß.

Für die Füllung des Bettes kann beispielsweise ein hitzebeständiges festes Material mit Porenstruktur, wie Bimsstein, verwendet werden. Vorzugsweise wird hierfür jedoch ein körniges Material eingesetzt, wie Kies, granulierter Bimsstein, Betongrieß oder Sand, wobei sich Quarzkies mit einer Korngröße von etwa 16 bis 32 mm besonders bewährt hat.

Die erfindungsgemäß oberhalb des Möllers angeordnete flächenförmig ausgebildete Abdeckung erstreckt sich ebenfalls vorteilhaft über die gesamte Länge des Ofens. Es ist nicht unbedingt erforderlich, daß das für die Abdeckung verwendete Material absolut hitzebeständig ist. Wenn durch eine entsprechend hohe Schüttung dafür gesorgt wird, daß die Mölleroberfläche nicht mehr so heiß ist, um die Abdeckung aus weniger hitzebeständigem Material zu beschädigen oder zu zerstören, können hierfür beispielsweise gasundurchlässige Folien, imprägnierte Gewebe oder Planen aus Segeltuch verwendet werden, wobei sich Polyäthylenfolien von etwa 0,1 bis 0,5 mm Dicke besonders bewährt haben. Es ist jedoch auch möglich, für die Abdeckung ein hitzebeständiges Material wie Asbestgewebe, oder ein starres Material wie Asbestzement oder Kunststoffplatten, zu verwenden.

Bei Ofenanlagen herkömmlicher Bauart muß selbstverständlich dafür Sorge getragen werden, daß das flächenförmige Abdeckmaterial nicht durch die heißen Ofenköpfe zerstört wird, was beispielsweise durch eine Sandaufschüttung auf die Abschlußkanten der Abdeckung bewerkstelligt werden kann.

Besonders bewährt hat sich die flächenförmige Abdeckung indessen bei Anlagen mit Bodenelektrodenanordnung, die als Hügelöfen ohne Wände betrieben werden, da hierbei der gesamte Schüttkegel bis zum Geländeniveau abgedeckt werden kann, ohne daß die Gefahr besteht, daß das Abdeckmaterial mit heißen Ofenteilen in Berührung kommt.

Die Gasabzugskanäle, die vorteilhaft als Gasabzugsrohre ausgebildet und erfindungsgemäß innerhalb des Bettes und/oder unterhalb der Abdeckung angebracht sind, sind an den in das Kiesbett und/oder unter die Abdeckung hineinragenden Teilen zur Aufnahme der gasförmigen Reaktionsprodukte mit seitlichen Öffnungen versehen. Diese Teile können in Abhängigkeit von der thermischen Belastung als Eisen- oder als Kunststoffrohre ausgebildet sein," die perforiert oder mit Schlitzen ausgestattet sein können. Diese Rohre werden aus dem Ofen herausgeführt und mit Abzugskaminen verbunden.

Die Anzahl der Rohre, die innerhalb des Kiesbettes und/oder unterhalb der Folie angeordnet sind, und deren Querschnitt ist abhängig von der Ofengröße, der vorgesehenen elektrischen Belastung und damit von der zu erwartenden Gasmenge.

Vorzugsweise sind diese Gasabzugsrohre mit einem Unterdruck erzeugenden Gerät wie einem Ventilator oder einer Pumpe verbunden, so daß die gasförmigen Reaktionsprodukte unter vermindertem Druck abgezogen werden können, wodurch eine praktisch quantitative Entfernung derselben auch dann gewährleistet ist, wenn als Abdeckung ein nicht vollständig gasundurchlässiges Material wie eine Segeltuchplane verwendet wird. Die aus dem Kiesbett und unter der Abdeckung abgezogenen gasförmigen Reaktionsprodukte können entweder durch ein gemeinsames Sammelrohr einem Abzugskamin zugeführt oder getrennt in mehrere Abzugskamine geleitet werden.

Bei einer getrennten Ableitung der gasförmigen Reaktionsprodukte, wobei die aus dem Kiesbett und die unter der Abdeckung abgezogenen Gase je einem gesonderten Abzugskamin zugeführt werden, können diese Ableitungen je nach Bedarf entweder einzeln oder gemeinsam in Betrieb genommen und gleichzeitig oder nacheinander eingeschaltet werden.

Als Ausführungsform für die erfindungsgemäße Auffangvorrichtung hat sich folgende bewährt, die an Hand der Abbildung näher erläutert wird:

Abb. a) zeigt eine schematische Ofenanlage mit getrennter Ableitung für die gasförmigen Reaktionsprodukte aus dem Kiesbett und unter der Abdeckung im Grundriß von oben gesehen;

A b b. b) zeigt die Anlage im Querschnitt entlang der Schnittkante A-A' in a).

Wie aus A b b. b) ersichtlich, ist unter dem Geländeniveau 1 das Kiesbett 2 angeordnet, in das ein Gasabzugsrohr 3 aus Eisen eingelagert ist, das mit dem Kamin 4 über den Ventilator 5 verbunden ist. Der Möller 6 ist mit einer Folie 7 aus Polyäthylen abgedeckt. Unter der Folie 7 ist das Gasabzugsrohr 3' aus Kunststoff verlegt, das mit dem Kamin 4' über den Ventilator 5' verbunden ist. Zwischen dem Kiesbett 2 und dem Möller 6 ist eine Schicht 8 aus grobstückigem Altmaterial eingelagert.

In dem gemäß A b b. a) von oben gesehenen Grundriß sind nur die Gasabzugsrohre 3 und 3', die Kamine 4 und 4' sowie die Ventilatoren 5 und 5' zu sehen.

Die Wirkungsweise dieser Auffangvorrichtung wurde wie folgt geprüft: Bei Inbetriebnahme nach der Strombelastung der Ofenanlage und einer kurzen Anlaufzeit wurden die Ventilatoren 5 und 5' gleichzeitig eingeschaltet. Durch laufende Probeentnahmen an mehreren Meßstellen in der unmittelbaren Umgebung der Ofenanlage wurde nachgewiesen, daß die CO-Konzentration 50 ppm nicht überstieg.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Auffangvorrichtung .für gasförmige Reaktionsprodukte in Ofenaniagcn, die durch direkte elektrische Heizung nach dem Widerstandsprinzip betrieben werden, insbesondere Siliciumcarbidöfen, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb des Möllers (6) mit dem darin eingelagerten Widerstandskern ein mit porösem Material gefülltes Bett (2) und/oder oberhalb des Möllers (6) eine flächenförmig ausgebildete Abdeckung (7) angeordnet ist, wobei innerhalb des Bettes (2) und/oder unterhalb der Abdeckung (7) Gasabzugskanäle (3. 3') angebracht sind, durch welche die aufgefangenen, gasförmigen Reaktionsprodukte aus der Ofenanlage herausgeführt werden.

2. Auffangvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Füllung des Bettes (2) ein körniges Material verwendet wird.

3. Auffangvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als körniges Material Kies verwendet wird.

4. Auffangvorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Sohle und Böschungen des Bettes (2) mit einer gasundurchlässigen Schicht (6) abgedichtet sind.

5. Auffangvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ais Abdeckung (7) eine gasundurchlässige Folie verwendet wird.

6. Auffangvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Abdeckung (7) ein Gewebe verwendet wird, das gegebenenfalls imprägniert werden kann.

7. Auffangvorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasabzugskanäle als Rohre (3, 3') ausgebildet sind.

H. Auffangvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasabzugsrohre (3. 3') an den in das Kiesbett und, oder unter die Abdeckung hineinragenden Teilen mit seitlichen Öffnungen versehen sind.

9. Auffangvorrichtung nach Anspruch 1, 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasabzugsrohre (3. 3') mit einem Unterdruck erzeugenden Gerät (5, 5'} verbunden sind.