DE2602341B2 - Process for making graphite articles - Google Patents
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Description
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Graphitgegenständen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere zur Verwendung in Kernreaktoren. The invention relates to a method for the production of graphite objects according to the preamble of Claim 1, in particular for use in nuclear reactors.
Graphitgegenstände werden gewöhnlich durch Extrudieren oder Pressen eines graphitierbaren Gemi- 4-1 sches aus Graphit oder Kohleteilchen (Koks) und einem Bindemittel (Pechbinder) hergestellt. Die geformten Gegenstände werden dann gebrannt, abgekühlt mit zusätzlichem Pech imprägniert und nochmals gebrannt Dieses Reimprägnieren wird mehrmals wiederholt bis >o die gewünschte Enddichte erreicht ist Der imprägnierte Gegenstand wird schließlich bei genügend hoher Temperatur graphitiertGraphite articles are usually made by extruding or pressing a graphitizable mixture sches made of graphite or coal particles (coke) and a binder (pitch binder). The molded Objects are then fired, cooled, impregnated with additional pitch, and fired again This re-impregnation is repeated several times until> above the desired final density is reached. The impregnated article will eventually be at sufficiently higher Graphitized temperature
Bei irer Herstellung von Kernreaktor-Brennelementen sind feuerfeste Graphitkörper erforderlich, deren Eigenschaften untereinander übereinstimmen. Dies trifft insbesondere für solche Anwendungsbereiche zu, bei denen Graphit mit niedrigem Gehalt an Verunreinigungen, insbesondere Schwefel, erforderlich ist. Schwefel bereitet nämlich einige Probleme. Bei seiner t>o Anwesenheit muß die Graphitierung nämlich bei Temperaturen bis zu 30000C durchgeführt werden, um ihn aus dem zu graphitierenden Gegenstand zu vertreiben. Bei Abwesenheit von Schwefel genügen Temperaturen von 2200 bis 26000C. Schwefel kataly- t>5 siert vermutlich auch die Graphitierung. Wenn daher der Schwefel bei erhöhten Temperaturen durch den Gegenstand diffundiert, hat dies eine unterschiedliche Graphitierung tür Folge, Auf diese Weise entstehen lokalisierte Spannungsbereiche im graphitierten Gegenstand, When manufacturing nuclear reactor fuel elements, refractory graphite bodies are required whose properties match one another. This is particularly true for those areas of application in which graphite with a low content of impurities, in particular sulfur, is required. In fact, sulfur causes some problems. If it is present, the graphitization must namely be carried out at temperatures of up to 3000 ° C. in order to drive it out of the object to be graphitized. In the absence of sulfur sufficient temperatures 2200-2600 0C sulfur catalytic t> 5 Siert probably the graphitization. Therefore, when the sulfur diffuses through the article at elevated temperatures, which has a different graphitization door consequence In this way, localized stress areas are created in the graphitized article
Bei dem aus der ; DE-OS 14 71 507 bekannten Verfahren werden Grafiliitgegenstände für Kernreaktoren aus Steinkuhlenteer hergestellt Dieser Steinkohlenteer diehi als gemeinsames Ausgangsmaterial für die Herstellung des Kokses, des Bindemittels sowie des Imprägniermittels.The one from the ; DE-OS 14 71 507 known method, graphite objects for nuclear reactors are made from coal tar This coal tar diehi as a common starting material for the production of the coke, the binding agent and the impregnating agent.
Aus der GB-PS 875114 ist bekannt daß die Verwendung von Kohlenteer im Hinblick auf die Verunreinigungen zu Schwierigkeiten bei der Herstellung von Bindemitteln und Imprägniermitteln führt In diesem Zusammenhangyerweist die GB-PS 8 75 114 auf frühere Vorschläge, hierfür Mineralöle als Ausgangsmaterialien zu verwenden.From GB-PS 875114 it is known that the Use of coal tar in view of the impurities cause difficulties in the manufacture of binders and impregnating agents. In this connection, GB-PS 8 75 114 lists earlier proposals using mineral oils as starting materials to use.
Die nach diesem bekannten Verfahren hergestellten Graphitkörper waren jedoch nach den Erkenntnissen der genannten GB-PS auf Grund der unregelmäßigen Gasentwicklung wähnend der Graphitierung sehr spröde.The graphite bodies produced by this known method were, however, according to the findings of the aforementioned GB-PS due to the irregular evolution of gas during graphitization brittle.
Um nun diese Schwierigkeiten bei er Verwendung von Mineralölen zu vermeiden, beschreibt die GB-PS 8 75 114 ein Verfahren, bei dem die Oraphitkörper aus durch Oxidationsbehandlung hergestelltem Petrolpech hergestellt werden.In order to avoid these difficulties when using mineral oils, the GB-PS describes 8 75 114 a procedure in which the oraphite body is made from petroleum pitch produced by oxidation treatment.
Aus der DE-AS 10 27 580 ist bekannt den als Füllstoff bei einem Verfahren zur Herstellung von Kohlekörpern dienenden Koks aus dein gleichen Kohlenwasserstoffen oder Pechen herzustellen, die auch a!s Bindemittel benutzt werden.DE-AS 10 27 580 is known as the filler in a process for the production of coke used for coal bodies from the same hydrocarbons or to produce pitches, which are also used as binders.
Aufgabe der Erfindung ist es somit, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, um Graphitgegenstände mit hoher mechanischer Festigkeit, relativ geringer Porosität bei gleichbleibender Qualität aus Kohlenstoffvorprodukten (Pech) von gleichbleibender Qualität bereitzustellen. Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß als Ausgangütr.aterial für die Herstellung des Kokses, des Bindemittels und des Imprägniermittels jeweils nichtoxidiertes, thermisches Petrolpech verwendet wird. Dadurch kann die Graphiliertemperatur innerhalb bestimmter Grenzen variiert und unterhalb der Temperaiur gehalten werden, die zum Abtreiben der Schwefelverunreinigungen erforderlich ist.The object of the invention is therefore to provide a method of the type mentioned at the beginning for producing graphite objects with high mechanical strength, relatively low porosity with consistent quality Provide carbon precursors (pitch) of consistent quality. The task is thereby solved that as starting material for the production of the coke, the binding agent and the impregnating agent each non-oxidized, thermal petroleum pitch is used. This can reduce the graphing temperature varied within certain limits and kept below the temperature required for expulsion the sulfur impurities is required.
Petrolkoks ist ein im der Petrochemie seit langem bekanntes Produkt Als Ausgangsmaterial zur Herstellung von Petrolpech wird gewöhnlich ein Raffinerie-Kohlenwasserstoffstronn verwendet, der einen hohen Gehalt an Aromaten aufweist Hierzu eignet sich z. B. Dekantieröl oder ein Lösungsmittelexfcakl von Dekantieröl. Bei der Verarbeitung dieser Pechmaterialien werden verschiedene Verfahren angewandt. Jedes dieser Verfahren beginnt damit, daß aus dem Pech-Ausgangsmaterial die niedrigsiedenden Öle durch Fraktionieren entfernt werden. Bei der Herstellung von thermischem Pech wird dann die hochsiedende Fraktion weiter erhitzt, so daß die vorhandenen aromatischen Verbindungen weiter kondensieren und zu mehrkernigen Aromaten polymerisieren. Das erhaltene Produkt ist ein Pech von hoher Qualität mit einem Erweichungspunkt von üblicherweise 54,5 bis 143° C In einem anderen Verfahren, dem sogenannten Luftoxidationsverfahren, wird zur Pechherstellung Luft durch die erhitzte hochsiedende Fraktion geblasen, wodurch sich aber ungünstige Beziehungen zwischen dem Erweichungspunkt und dem Verkokungswert bzw. der Viskosität einstellen, die die Fertigung von graphitisiertem Pech schwieriger und kostspieliger gestalten.Petroleum coke has long been known in the petrochemical industry as a starting material for manufacture of petroleum pitch, a refinery hydrocarbon stream is commonly used, which is high Has aromatic content. B. Decanting oil or a solvent exfcakl of decanting oil. When processing these pitch materials different procedures are used. Each of these processes begins with that from the pitch feedstock the low-boiling oils are removed by fractionation. In the manufacture of Thermal pitch, the high-boiling fraction is then further heated so that the aromatic Compounds condense further and polymerize to polynuclear aromatics. The product obtained is a high quality pitch with a softening point of usually 54.5 to 143 ° C in one Another process, the so-called air oxidation process, is used to produce pitch through the air heated high-boiling fraction blown, but this creates unfavorable relationships between the softening point and adjust the coking value or the viscosity that the production of graphitized Making bad luck more difficult and expensive.
Pss thermische Petrolpeeh ist ojn übliches Raffinerieprodukt, dessen Erweichungspunkt gewöhnlich etwa 54,5 bis 143-C beträgt. Das ebenfalls verfügbare oxidierte Petrplpech wird nicht von der Erfindung umfaßt. In der folgenden Tabelle sind einige Eigenschaften einiger typischer, erfindungsgemSß verwendbarer Petrolpeche zusammengestellt,Pss thermal petroleum peeh is a common refinery product, its softening point is usually about 54.5 to 143-C. The one also available oxidized petroleum pitch is not included in the invention. In the following table are some properties of some typical ones useful in the present invention Petrol pitch compiled,
Der erfindungsgemäß hergestellte Petrolkoks wird aus demselben Pech hergestellt, das als Binderpech verwendet wird. Typische Eigenschaften eines Petrol-Nadelkokses, der aus Pechproben mit einem Erweichungspunkt von 77 bis 116° C hergestellt worden ist, sind im folgenden zusammengestellt:The petroleum coke produced according to the invention is produced from the same pitch that is used as the binder pitch is used. Typical properties of a petroleum needle coke, which has been made from pitch samples with a softening point of 77 to 116 ° C, are summarized below:
') In einem geschlossenen GraphitschifTchen bei 2800 C in Argon karbonisiert.') In a closed graphite boat at 2800 C in Argon carbonized.
Geeignete Verfahren zur Herstellung von Nadelkoks aus Petrolpech sind bekannt. Zur Herstellung von Graphitgegenständen werden bestimmte Mengen von thermischen Petrolpech und pulverförmiger!! oder teilchenförmigen! Koks, der aus demselben Pech hergestellt worden ist, in einen geeigneten Mischer eingebracht. Das Mischen erfolgt 20 bis 120 Minuten bei einer Temperatur von 70 bis 2000C, je nach dem Schmelzpunkt des Pechbinders. Das Gemisch wird dann in die gewünschte Form, »epreßt oder extrudiert und 5 bis 60 Tage bei Temperaturen von etwa 600 bis 1000° C gebrannt, um den Binder zu karbonisieren. DerSuitable processes for the production of needle coke from petroleum pitch are known. For the production of graphite objects, certain amounts of thermal petroleum pitch and powdery !! or particulate! Coke made from the same pitch is placed in a suitable mixer. The mixing is 20 to 120 minutes at a temperature of 70 to 200 0 C, depending on the melting point of the pitch binder. The mixture is then pressed or extruded into the desired shape and fired for 5 to 60 days at temperatures of about 600 to 1000 ° C. in order to carbonize the binder. Of the
so erhaltene Gegenstand wird dann mit einer weiteren Menge desselben, ursprünglich eingesetzten Pechs imprägniert, wobei die Temperatur- und Druckbedingungen so gewählt werden, daß das flüssige Pech in die Poren des Gegenstandes eindringt. Der Gegenstand wird dann nochmals bei Temperaturen von 600 bis 1000* C genügend lange gebrannt, um das zugesetzte Pech zu karbonisieren. Das Imprägnieren und Erhitzen wird sooft als nötig wiederholt. Schließlich wird der imprägnierte und gebrannte Gegenstand bei einer Temperatur von 2200°C oder höher, z. B. 2800 bis 30000C und vorzugsweise 2200 bis 26000C, graphitiert.The object obtained in this way is then impregnated with a further amount of the same pitch originally used, the temperature and pressure conditions being chosen so that the liquid pitch penetrates into the pores of the object. The object is then fired again at temperatures of 600 to 1000 * C long enough to carbonize the added pitch. The impregnation and heating are repeated as often as necessary. Finally, the impregnated and fired article is at a temperature of 2200 ° C or higher, e.g. B. 2800 to 3000 0 C and preferably 2200 to 2600 0 C, graphitized.
Bei Verwendung eines thermischen Petrolpechs mit niedrigem Gehalt an Verunreinigungen, insbesondere geringem Schwefelgehalt, als Binder weist der durch Graphitieren von Koks aus demselben Pech hergestellte Gegenstand notwendigerweise ebenfalls einen niedrigen Schwefelgehalt auf. Gegenstände dieser Art eignen sich insbesondere für thermonukleare Anwendungsbereiche. When using a thermal petroleum pitch with a low level of impurities, in particular The binder produced by graphitizing coke from the same pitch has a low sulfur content The subject also necessarily has a low sulfur content. Objects of this kind are suitable particularly suitable for thermonuclear applications.
Die erfindungsgemäß verwendeten thermischen Petrolpeche besitzen einen Erweichungspunkt von z. B. etwa 54,5 bis 143° C, vorzugsweise etwa 77 bis 116° C.The thermal petroleum pitches used according to the invention have a softening point of, for. B. about 54.5 to 143 ° C, preferably about 77 to 116 ° C.
Außer durch mehrfaches Imprägnieren mit Pech und Brennen können die Gegenstände auch dadurch verdichtet werden, daß man sie im Grünzustand nach dem Formen und vor dem anschließenden Brennen und Graphitieren einem isostatischen Druck aussetzt.Except through repeated impregnation with pitch and Burning, the objects can also be compacted by the fact that they are in the green state subjected to isostatic pressure before molding and before subsequent firing and graphitization.
Claims (1)
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DE19762602341 DE2602341B2 (en) | 1976-01-22 | 1976-01-22 | Process for making graphite articles |
Applications Claiming Priority (1)
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DE19762602341 DE2602341B2 (en) | 1976-01-22 | 1976-01-22 | Process for making graphite articles |
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DE2602341A1 DE2602341A1 (en) | 1977-07-28 |
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ID=5968018
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19762602341 Withdrawn DE2602341B2 (en) | 1976-01-22 | 1976-01-22 | Process for making graphite articles |
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-
1976
- 1976-01-22 DE DE19762602341 patent/DE2602341B2/en not_active Withdrawn
Also Published As
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---|---|---|---|
8263 | Opposition against grant of a patent | ||
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