DE2619084C3 - Verfahren zur Abscheidung von durch Verbrennung von Metallcarbonylen entstandenen feinteiligen Metalloxiden aus einem Gasstrom - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Abscheidung von durch Verbrennung von Metallcarbonylen entstandenen feinteiligen Metalloxiden aus einem Gasstrom durch Filtration.

Feinteiliges, kornweiches und hochreines Eisenoxid läßt sich durch Verbrennung von Eisencarbonyl mit Luft herstellen. Hierbei wird generell so verfahren, daß in einem Reaktor fein verdüstes Eisencarbonyl mit einem Überschuß an Luft verbrannt wird. Die über 550° C heißen Verbrennungsprodukte werden anschließend über einen Luftquench bzw. über Abkühlstrecken zu den Abscheidevorrichtungen für das feinteilige Eisenoxid geführt. Bei diesem Verfahren stellt die Neigung des Eisenoxids, sich an kalten Wandflächen der Kühlvorrichtungen festzusetzen, ein besonderes Problem dar. Wird der heiße Strom der Verbrennungsprodukte durch Außenkühlung abgekühlt, dann verhindern die an der Wand sich bildenden Oxidfilze weitgehend den notwendigen Wärmeübergang, was infolge der dann ausbleibenden Kühlung der Oxidteilchen leicht zu Beschädigungen der Filteranlage führt. Besonders unerwünscht ist, wenn es durch ständig dicker werdende Wandanbakkungen zu Verstopfungen der Rohrleitungen kommt.

Die bisher bekannten Maßnahmen zur Verhinderung bzw. Beseitigung der Oxidanbackungen sind unbefriedigend. Sie beschränken sich auf mechanisches Abklopfen oder pneumatische Abre'nigungen. Erstere Reinigungsmethode ist arbeitsintensiv und aufwendig, letztere ist relativ ineffektiv und hat den Nachteil, daß große Luftmengen zur Freihaltung der Rohrwandungen gebraucht werden, was eine oft nicht mehr tragbare Vergrößerung des Filters zur Folge hat. Versuche, durch bloße Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit der Verbrennungsprodukte Oxidanbackungen und Verstopfungen zu vermeiden, schlugen fehl. So war es z. B. im Labor nicht möglich, ein gerades Rohr freizuhalten, selbst nachdem die Strömungsgeschwindigkeit der Verbrennungsprodukte

auf mehr als 30 m/sec gesteigert wurde,

Ein weiteres Problem beim Verfahren der Carbonylverbrennung ist die Abscheidung des Eisenoxid-Feststoffes, zumal das feinteilige Produkt (mittlere Teilchengröße bis 50 A) stets zusammen mit einei sehr hohen Gasmenge anfällt. Diese Probleme treter insbesondere bei der Herstellung von lasierenden Pigmenten auf, da hier die Verbrennung mit einem sehi großen Gasüberschuß durchgeführt wird. So kommer

ίο gemäß der DE-OS 2344196 90 m³ Gas auf 1 k§ Eisenoxid. Bekannte Abscheidungsvorrichtungen wie Zyklone erwiesen sich bei der geringen Teilchengröße des Feststoffes als nahezu unwirksam, und Filter müssen übermäßig groß ausgelegt werden, wenn sie das

hohe Gasvoluraen bewältigen wollen, in welchem dei Feststoff aerosol-artig schwebt. Ein weiterer Nachteil bei der Anwendung von Filtern als Abscheideiorrichtungen besteht darin, daß die abgeschiedenen Teilchen stark verfilzen und der Druck am Filter in kurzei Zeit stark ansteigt.

In der DE-AS 1068221 ist ein Luft- und Gas-Trockner und -Reiniger beschrieben, der vorzugsweise zur Behandlung von Preßluft und Preßgasen aller Art geeignet ist. Bei dieser Vorrichtung wird das

in dem Gas enthaltene abzuscheidende schwerere Medium durch Einwirkung von Zentrifugalkräfter von dem leichteren Gas abgetrennt. Das Gas passier! dann anschließend ein in der gleichen Vorrichtung angeordnetes Filter. Dieses Filter wird wegen der guter

Reinigungswirkung der ersten Stufe von dem schwereren Medium praktisch nicht beaufschlagt. Diese Vorrichtung, die auf der Tatsache basiert, ein Gas vor einem schwereren Medium durch Fliehkräfte zu trennen, ist für die Behandlung von Metullcarbonyl-Ver-

brennungsgasen wegen der außerordentlichen Feinteiligkeit der in ihnen enthaltenen Metalloxide nicht geeignet.

Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Abscheidung von durch

Verbrennung von Metallcarbonylen entstandener feinteiligen Metalloxiden aus einem Gasstrom durch Filtration bereitzustellen, bei dem die oben aufgezeigten Nachteile nicht auftreten.

Es wurde gefunden, daß man diese Aufgabe da-

durch lösen kann, daß man dem metalloxidhaltiger Gasstrom in einer rohrförmigen Wegstrecke eine permanente Richtungsänderung erteilt, mit der Maßgabe, daß die durch die Richtungsänderung bewirkte Zentrifugalbeschleunigung mindestens d?s 1000- bis

-,n lOOOOfache der Erdbeschleunigung beträgt.

Das Verfahren läßt sich so durchführen, daß man zwischen dem Reaktor, in dem die Verbrennung erfolgt, und dem Filter ein Rohrstück einfügt, das z. B, wendelförmig oder in ähnlicher Weise gebogen ist,

-,-> Das Rohr kann einen beliebig geformten Querschnitt haben. Es kann kreisförmig, elliptisch oder auch rechteckig sein. Die Krümmung des Rohres ist in Abhängigkeit der Geschwindigkeit des Gastroms, die üblicherweise von 10 bis 300 m/sec beträgt, so zu

w) wählen, daß die Zentrifugalbeschleunigung das 1000-bis lOOOOfache der Erdbeschleunigung beträgt. inFalle einer Rohrwendet ergibt sich unter Zugrundelegung der genannten Geschwindigkeit der Radius zwangsläufig.

hi Um eine befriedigende Wirkung zu erzielen, genüg! es, die Länge des Rohres zu wählen, daß sich bei der genannten Geschwindigkeiten Verweilzeiten von 0,1 bis 2 see ergeben, innerhalb dieses Bereiches kontier

die Verweilzeiten um so kleiner sein, je größer die Strömungsgeschwindigkeiten und die eingestellte Zentrifugalbeschleunigung ist

Durch die erfindungsgemäße Arbeitsweise werden die Metalloxidteilchen agglomeriert, so daß an den nachgeschalteten Filtern auch nach längerem Betrieb keine wesentliche Druckerhöhung feststellbar ist. Die erfindungsgemäße Arbeitsweise bietet den weiteren Vorteil, daß der Gasstrom auf seinem Wege zum Filter indirekt durch Kühlung der Rohrwandungen gekühlt werden kann, ohne daß Ablagerungen auftreten. Auf diese Weise kann die direkte Kühlung durch Zudosierung kalter Gase vermieden oder verringert werden, was sich wegen der geringeren Gasmengen vorteilhaft auf die anschließende Filtration auswirkt, z. B. kann is die Temperatur des Gases von üblicherweise 500 bis 900° C auf 10 bis 150° C durch indirekte Kühlung ohne Nachteile erniedrigt werden.

Beispiel 1

A) In einem beheizten Reaktor werden 10 kg/h Eisenpentacarbonyl eingedöst und mit einem Überschuß an Luft (90 Ncbm/h) verbrannt. Der 600° C heiße Strom der Verbrennungsprodukte wird mit 200 Ncbm Luft auf Temperaturen unter 200° C gekühlt und in einen Filtevbehälter geleitet, wo das feinteilige Eisenoxid an Schlauchfiltern mit pneumatischer Abreinigung abgeschieden wird.

Die Filterfläche beträgt 24 m². Die mittlere Korngröße des *iisenoxidpulvers beträgt 70 A. Das Filtermaterial besteht aus einem Polyamid-Nadelfilz, der 2,5 mm dick ist und eine Dichte von 0,20 g/cm³ aufweist. Seir<e Luftdurchlässigkeit beträgt 200 1/min/dm² bei 20 mm WS nach « DIN 53887. Mit zunehmender Versuchsdauer steigt der Filterdruck immer mehr an und stabilisiert sich nach ca. 2 Stunden bei dem sehr hohen Wert von 600 mm Wassersäule.

B) Obiger Versuch wird unter sonst identischen Bedingungen, aber unter Erniedrigung der Quenchluft auf 40 Ncbm und mit einer zwischen Reaktor und Filter eingebauten Rohrwendel durchgeführt. Die Rohrwendel besteht aus einem Doppelrohr, das zu einer Wendel mit 11 Windungen und einem Windungsdurchmesser von 550 mm geformt ist, Der lichte Durchmesser des Innenrohres beträgt 42 mm. Im Innenrohr strömt das Gas mit einer Geschwindigkeit von ca, 50 m/sec, im Ringraum zwischen Außen- und Innenrohr Wasser mit einer Eintrittstemperatur von 8° C im Gegenstrom zum Gas, Hieraus ergibt sich eine Zentrifugalbeschleunigung von 10000 m/sec² entsprechend dem lOOOfachen der Erdbeschleunigung. Die Verweilzeit des Gases in der Rohrwendel beträgt rund 0,4 see.
Selbst nach 5 Tagen haben sich im Innenrohr keine Ablagerungen gebildet. Die Agglomerationswirkung in der Wendel ist dabei so gut, daß das Filter mühelos das Eisenoxid abscheidet. Der Filterdruck liegt stets unter 10 mm Wassersäule.

Beispiel 2

A) In einem beheizten Glasreaktor werden 180 ml/h Eisenpentacarbonyl mit 150 l/h Luft verbrannt. Am Ende des Reaktors werden weitere 150 l/h Quenchluft mit den heißen Verbrennungsgasen vermischt. Anschließend wird der 300° C heiße Gasstrom durch eine wassergekühlte Glaswendel einem Zyklon zugeführt. Das Kühlwasser hai eine Temperatur von 8⁰C. Das zur Wendel geformte 3 m lange Glasrohr hat 30 Windungen mit einem Windungsdurchmesser von 20 mm. Der lichte Durchmesser des Glasrohres ist so gewählt, daß die Verbrennungsprodukte eine Geschwindigkeit von 10 m/sec umgerechnet auf Normalbedingungen haben. Hieraus ergibt sich eine Zentrifugalbeschleunigung von 2500OmZSeC², entsprechend dem 2500fachen der Erdbeschleunigung. Die Verweilzeit des Gases in der Rohrwendel beträgt 0,2 see.

Die Wendel bleibt während einer Versuchsdauer von mehreren Tagen völlig frei von Ablagerungen. Die Temperatur des Produktstroms ist am Ende der Wendel auf unter 50⁰C abgefallen und das Fe₂O₃-PuIver ist so weitgehend agglomeriert, daß es mit über 90%iger Ausbeute in eine Zyklon aus Glas abgeschieden werden kann.

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   I₁ Verfahren zur Abscheidung von durch Verbrennung von Metallcarbonylen entstandenen feinteiligen Metalloxiden aus einem Gasstrom durch Filtration, dadurch gekennzeichnet, daß man dem metallojddhaltigen Gasstrom in einer rohrförmigen Wegstrecke eine permanente Richtungsänderung erteilt, mit der Maßgabe, daß die durch die Richtungsänderung bewirkte Zentrifugalbeschleunigung mindestens das 1000- bis lOOOOfache der Erdbeschleunigung beträgt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit des Gasstroms in der rohrförmigen Wegstrecke von 10 m/sec bis 300 m/sec beträgt.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verweilzeit des Gasstroms in der rohrförmigen Wegstrecke 0,1 bis 2 see beträgt.
4. 4. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasstrom gekühlt wird.