DE3011436A1

DE3011436A1 - Verfahren zur kontinuierlichen fluorierung von kohle (kohlenstoff) und vorrichtung zur durchfuehrung einer feststoff-gas-reaktion

Info

Publication number: DE3011436A1
Application number: DE19803011436
Authority: DE
Inventors: Toru Akiyama; Tsutomu Kamihigoshi; Tadayuki Maeda; Shoji Takagi
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 1979-03-30
Filing date: 1980-03-25
Publication date: 1980-10-09
Anticipated expiration: 2000-03-26
Also published as: GB2049465A; DE3011436C2; US4447663A; IT8020869A0; IT1131042B; GB2049465B; FR2452473A1; FR2452473B1; US4348363A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Fluorie-

rung von Kohle (Kohlenstoff), sie betrifft insbesondere ein Verfahren zur Herstellung einer fluorierten Kohle, wie z.B. Poly(kohlenstoffmonofluorid) oder Poly(dikohlenstoffmonofluorid), durch Kontaktreaktion zwischen Kohle (Kohlenstoff) und einem Fluorgas. Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zur Durchführung einer Feststoff-Gas-Reaktion, in der die Reaktion zwischen einem Feststoff und einem Gas in wirksamer Weise durchgeführt wird, ohne daß sich Reaktionswärme anstaut.

Kürzlich wurde fluorierte Kohle als neues technisches Material entdeckt und sie wird für verschiedene Zwecke verwendet, beispielsweise als aktives Material für Primärzellen mit einer hohen Energiedichte, als festes Schmiermittel, das in flüssigen Schmiermitteln, Fetten und Beschichtungszubereitungen enthalten ist, und als Fluorierungsmittel. Die Nachfrage nach fluorierter Kohle bzw. fluoriertem Kohlenstoff nimmt daher zu und es besteht ein Bedarf nach einem Verfahren zu ihrer Herstellung, das für .die Massenproduktion geeignet ist.

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Bisher wurde ein diskontinuierliches Verfahren (ansatzweise durchgeführtes Verfahren) angewendet, bei dem die Reaktion durchgeführt wird, indem man ein mit einem Inertgas verdünntes Fluorgas ohne jede erzwungene Mitnahme durch in einem Reaktor (Reaktionsgefäß) angeordnete Kohleteilchen hindurchleitet und das Reaktionsprodukt nach Beendigung der Reaktion aus dem Reaktor entnimmt, sowie ein kontinuierliches Verfahren angewendet, bei dem die Reaktion in der Weise durchgeführt wird, daß ein mit einem Inertgas verdünntes Fluorgas durch Kohleteilchen geleitet wird, die in einen Drehofen überführt werden.

Das diskontinuierliche (ansatzweise durchgeführte) Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß die Produktionskapazität pro Bettfläche eines Reaktors niedrig ist und daß der Produktionswirkungsgrad schlecht ist. Wenn der Reaktor mit einer großen Menge Kohleteilchen beschickt wird, um den Produktionswirkungsgrad zu erhöhen, d.h. mit anderen Worten, wenn die Kohleteilchen in Form einer dicken Schicht auf ein Bett des Reaktors aufgebracht werden, tritt eine merkliche Anreicherung der Reaktionswärme auf, da die Wärmeleitfähigkeit der Ausgangs-Kohleteilchen und der gebildeten fluorierten Kohle niedrig sind und die Reaktionswärme nicht wirksam abgeführt wird. Deshalb ist die Durchführung einer thermischen Kontrolle (Steuerung) während der Reaktion schwierig und als Folge dessen tritt im Verlaufe der Reaktion häufig ein Abbau der fluorierten Kohle auf. Wenn die Kohleteilchen in Form einer dünnen Schicht auf das Bett aufgebracht werden, sind viel Arbeit und Zeit erforderlich, wodurch der Produktionswirkungsgrad sinkt, obgleich die Anreicherung der Reaktionswärme vermieden wird. Auch ist der Kontaktwirkungsgrad in dem diskontinuierlichen (ansatzweise durchgeführten) Verfahren sehr viel schlechter.

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Mit dem kontinuierlichen Verfahren, das unter Verwendung eines Drehofens durchgeführt wird, kann das Problem des diskontinuierlichen Verfahrens bei der Einführung und dem Austrag der Teilchen eliminiert werden. Der Wörraewirkungsgrad ist jedoch schlecht und die Abführung der Wärme ist ebenfalls schlecht, weil die wirksame Fläche der Wärmeübertragung klein ist. Darüber hinaus erfolgt das gleichmäßige Mischen der Teilchen in unzureichender Weise. Das Verfahren hat auch den Nachteil, daß der Reaktor pro Einheit der Produktionsmenge groß ist und daß viele nutzlose Hohlräume vorhanden sind und daß der Aufbau des Reaktors kompliziert ist.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren für die kontinuierliche Fluorierung von Kohle (Kohlenstoff) anzugeben. Ziel der Erfindung ist es ferner, ein Verfahren für die kontinuierliche Fluorierung von Kohle (Kohlenstoff), das für die Massenproduktion

geeignet ist, anzugeben. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung für die Durchführung einer Feststoff-Gas-Reaktion zu entwickeln, die zweckmäßig für die kontinuierliche Fluorierung von Kohleteilchen verwendet werden kann.

Diese und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor.

Es wurde nun gefunden, daß die obengenannten Ziele erreicht werden können durch kontinuierliches Fluorieren von Kohle (Kohlenstoff) mit einem Fluorgas unter Verwendung einer vibrierenden Transportvorrichtung mit einem Trog, der mit einer Vielzahl von Wehren ausgestattet ist, als Reaktor (Reaktionsgefüß).

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum kontinuierlichen

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Fluorieren von Kohle (Kohlenstoff) in einem horizontalen Reaktor (Reaktionsgefäß), der (das) einen mit einer Vielzahl von Wehren versehenen Trog, Kohlenbeschickungs- und -austragsöffnungen in beiden Endabschnitten des Reaktors sowie Fluorgaseinleitungs- und-auslaßöffnungen in beiden Endabschnitten des Reaktors aufweist, das durch die folgenden Stufen gekennzeichnet ist:

a) Kontinuierliche Einführung einer Kohle auf den Trog durch eine Kohlenbeschickungsöffnung in einem Endabschnitt des Reaktors,

b) kontinuierliche Einleitung eines Fluorgases oder einer Mischung aus Fluorgas und einem Verdünnungsmittel in den Reaktor durch eine Fluorgaseinleitungsö'ffnung in einem Endabschnitt des Reaktors,

c) Inkontaktbringen der Kohle mit dem Gas, um sie bei einer Temperatur von 200 bis 600 C damit umzusetzen, während die Kohle auf dem Trog in einem Strom des Gases unter Vibration transportiert wird, und

d) kontinuierliche Entfernung der fluorierten Kohle durch eine Koh~ lenaustragsöffnung in einem anderen Endabschnitt des Reaktors,

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner eine Vorrichtung zur Durchführung einer Kontaktreaktion zwischen einem Feststoffpulver υηά einem reaktionsfähigen Gas, das besonders geeignet ist für die Verwendung zur kontinuierlichen Fluorierung von Kohle (Kohlenstoff), die gekennzeichnet ist durch

a) einen horizontalen Reaktor (Reaktionsgeföß), bestehend aus einem Trog und einem Deckel, wobei der Trog auf der oberen Oberfläche in Abständen eine Vielzahl von Wehren aufweist,

b) eine Vibrationseinrichtung, um den Trog in Vibration zu versetzen,

c) Beschickungs-und Austragsöffnungen für ein Feststoffpulver in beiden Endabschnitten des Reaktors und

d) Einleitungs«- und Auslaßöffnungen für ein reaktionsfähiges Gas in beiden Endabschnitten des Reaktors.

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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die kontinuierliche Fluorierung von Kohle (Kohlenstoff) durchgeführt unter Verwendung einer Vorrichtung für eine Kontaktreaktion zwischen einem Feststoffpulver und einem reaktionsfähigen Gas, die gekennzeichnet ist durch einen horizontalen Reaktor (Reaktionsgefäß) mit einem Trog, der mit Wehren (mit einer Höhe von beispielsweise 1 bis 6 mro in Abständen von 5 bis 30 cm) und einer Vibrationseinrichtung, um den Trog in Vibration zu versetzen, ausgestattet ist, und in der kontinuierlich zugeführte Kohleteilchen auf dem Trog in Form einer dünnen Schicht durch die Vibration des Troges transportiert werden, während die Reaktion fortgesetzt wird, durch wirksame Kontaktierung der Kohleteilchen mit einem Fluorgas. Die Kontaktreaktion wird wirksam durchgeführt ohne Anreicherung der Reaktionswärme unter Bildung von fluorierter Kohle in hohen Ausbeuten, und das Verfahren eignet sich für die Massenproduktion. Die Vorrichtung eignet sich auch für verschiedene Kontaktreaktionen zwischen einem Feststoffpulver und einem reaktionsfähigen Gas.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert, die eine schematische Schnittansicht einer Vorrichtung zur Durchführung einer Kontaktreaktion zwischen einem Feststoffpulver und einem reaktionsfähigen Gas gemäß einer Ausfuhrungsform der Erfindung darstellt.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine vibrierende Transportvorrichtung mit einem mit Wehren versehenen Trog als Reaktor bzw. Reaktionsgefäß verwendet und die Fluorierung von Kohleteilchen (Kohlenstoffteilchen) wird durchgeführt, während die Teilchen in Form einer dünnen Schicht unter Vibration transportiert werden, und dadurch werden die weiter unten angegebenen Vorteile erzielt.

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Da der Kontakt zwischen den Kohleteilchen (Kohlenstoffteilchen) und einem Fluorgas und die Verteilung der Reaktionswärme wirkungsvoll durchgeführt werden und die Reaktionswärme in ausreichendem Maße abgeführt wird, ohne daß sie sich anreichert (staut), ist die Wärmekontrolle der Reaktion leicht. Da auf dem Trog Wehre vorgesehen sind, können auch die Dicke der Teilchenschicht auf dem Trog und die Transportmenge kontrolliert (gesteuert) werden und außerdem erfolgt das Mischen der Teilchen durch Verwirbelung vor den Wehren und trägt zu einer Vereinheitlichung des Reaktionsablaufs bei. Die Teilchen wandern nacheinander über die Wehre und werden gleitend auf dem Trog transportiert und gleichmäßig fluorierte Kohleteilchen (Kohlenstoffteile hen) können kontinuierlich hergestellt werden, ohne daB eine Abnahme der Ausbeute durch Abbau auftritt. Außerdem ist der Aufbau des Reaktors (Reaktionsgefäßes) einfach und der Reaktor kann leicht in kleinem Maßstab oder in großem Maßstab hergestellt werden. Auch ist eine leichte Kontrolle (Steuerung) des Transports der Teilchen möglich durch Änderung der Vibrationsamplitude oder des Neigungswinkels des Trogs und darüber hinaus tritt keine abnormale Reaktion, wie z.B. eine Staubexplosion, als Folge der Vibration auf, da der Transport der Teilchen glatt ist und kein Stau der Teilchen auftritt. Das erfindungsgemäße Verfahren ist daher sehr gut geeignet für die Massenproduktion von fluorierter Kohle (fluoriertem Kohlenstoff) und industriell sehr vorteilhaft.

Entgegen der üblichen Praxis wird erfindungsgemäß eine vibrierende Transportvorrichtung, die ursprünglich für den Massentransport entwickelt worden ist, als Reaktor für die Herstellung von fluorierter Kohle (fluoriertem Kohlenstoff) verwendet, die (der) gleitfähig ist und im allgemeinen in Form eines feinteiligen Pulvers schwierig zu transportieren ist. In der Tat war ein solcher Vorschlag bisher

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nicht bekannt. Es ist nun gelungen, ein Verfahren für die kontinuierliche Fluorierung von Kohle (Kohlenstoff) zu entwickeln, das überraschenderweise bemerkenswerte Effekte ergibt, wie oben angegeben, auf der Basis der Spezialität der erfindungsgemäßen Reaktion durch Verwendung von Wehren auf einem Trog einer vibrierenden Transportvorrichtung.

Wenn eine solche vibrierende Transportvorrichtung mit einem mit Wehren ausgestatteten Trog verwendet wird, kann die Reaktion zwischen einem Feststoffpulver und einem Gas sehr wirksam durchgeführt werden und auch die Wärmeübertragung kann leicht durchgeführt werden. Die

obengenannte spezielle vibrierende Transportvorrichtung ist deshalb sehr gut geeignet für die Verwendung nicht nur zum kontinuierlichen Fluorieren von Kohle (Kohlenstoff), sondern auch für eine übliche Kontaktreaktion zwischen einem Feststoffpulver und einem reaktionsfähigen Gas. So kann beispielsweise die Vorrichtung mit Erfolg bei einer chemischen Reaktion zwischen anorganischen Pulvern und Halogengasen oder anderen reaktionsfähigen Gasen, beispielsweise bei der Reaktion von Jod- und Fluorgas, bei der Reaktion von Aluminium« oxid und Fluorwasserstoffgas und bei der Reaktion von Kobaltfluorid und Fluorgas sowie bei einer chemischen Reaktion oder Oberflächenbehandlung von Polymerpulvern, wie Polytetrafluorethylen, Polyäthylen

und Polystyrol, mit reaktionsfähigen Gasen, wie Fluorgas, verwendet werden.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher auch eine Vorrichtung zur Durchführung einer Kontaktreaktion zwischen einem Feststoffpulver und einem reaktionsfähigen Gas, die gekennzeichnet ist durch einen horizontalen Reaktor (Reaktionsgefäß), der besteht aus einem Trog und einem dafür geeigneten Deckel, wobei der Trog auf der oberen Ober-

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fläche in Abständen eine Vielzahl von Wehren aufweist, einer Vibrationseinrichtung, um den Trog in Vibration zu versetzen, und zwei Paaren von Beschickungs- und Auslaßöffnungen für das Pulver und das reaktionsfähige Gas, die in beiden Endabschnitten des Reaktors vorgesehen sind·

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist auf verschiedene Feststoffpulver, wie ζ·Β· anorganische Materialien und organische hohe Polymere, und insbesondere auf solche mit einer Teilchengröße von nicht mehr als 50 (im anwendbar.

Als Vibrationseinrichtung können ein Rotationsvibrator und ein elektromagnetischer Vibrator verwendet werden und sie werden in Abhängigkeit von der Gestalt des Feststoffpulvers und der Teilchengröße desselben ausgewählt. Wenn die Teilchengröße gering ist, ist im allgemeinen ein elektromagnetischer Vibrator bevorzugt.

Die Vorrichtung kann ferner eine Heizeinrichtung zum Erhitzen des Reaktors und eine Kühleinrichtung, um die Vibrationseinrichtung gegen überhitzung zu schützen, aufweisen. Auch kann an der Innenseite des Deckels für den Trog eine Vielzahl von nach unten vorstehenden Leitplatten befestigt sein, wodurch die Richtung des Stromes eines reaktionsfähigen Gases so geändert wird, daß das reaktionsfähige Gas in einen ausreichenden Kontakt mit dem Feststoffpulver auf dem Trog gebracht wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung, die in Form einer schematischen Schnittansicht eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeigt, näher erläutert.

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Ein Reaktor (Reaktionsgefäß) wird gebildet durch einen Trog 1 und eine Abdeckung oder einen Deckel 2, um ihn zu verschließen. Zur Einführung eines Feststoffpulvers in den Reaktor steht ein Trichter 3 mit einer Rotationsbeschickungseinrichtung 3a in Verbindung und sie sind oberhalb des Deckels 2 angeordnet. Die Rotationsbeschickungseinrichtung 3a steht über einen fle-xiblen Schlauch 14 mit einer Einlaßöffnung im oberen Teil eines Endabschnittes des Reaktors in Verbindung. Ein Behälter 4 für die Aufnahme des Produktes ist in einem anderen Endabschnitt des Reaktors angeordnet und er steht über einen flexiblen Schlauch 14 mit einer Austragsöffnung in Verbindung. Eine Einführungsöffnung 5 für die Einführung eines reaktionsfähigen Gases ist in einem Endabschnitt des Deckels 2 angebracht und eine Auslaßöffnung 6 für den Auslaß des Gases ist in einem anderen Endabschnitt des Deckels 2 angebracht. Der Trog 1 ist mit einer Vielzahl von Wehren 8 ausgestattet, die auf seiner oberen Oberfläche in Abständen nach oben vorstehen und die Wehre 8 können mit einer geringen Neigung gegen die Wanderungsrichtung des Pulvers nach oben vorstehen. Der Deckel 2 ist in Abständen mit einer Vielzahl von nach unten vorstehenden Leitplatten 7 ausgestattet. Eine Heizeinrichtung 9 zum Erhitzen des Reaktors und eine Kühleinrichtung 10 zur Verhinderung der Erhitzung einer Vibrationseinrichtung 13 sind außerhalb und unterhalb des Troges 1 angeordnet« Die Vibrationseinrichtung 13/ die dazu dient, den Reaktor in Vibration zu versetzen, weist Elektromagnete 12 auf, die als Vibrationsquelle fungieren, und durch den Elektromagneten 12 wird der durch die Blattfedern 11 getragene Trog 1 in Vibration versetzt. Das aus der Beschickungseinrichtung 3a zugeführte und mit der Heizeinrichtung 9 erhitzte Pulver wird allmählich in den Produktbehälter 4 überfuhrt, während es, vorzugsweise im Gegenstromkontakt, mit einem reaktionsfähigen Gas in Kontakt kommt und die Reaktion fortgesetzt wird» Das Produkt in dem

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Behälter 4 wird durch ein Rotationsventil 16 entnommen. Die Ziffer 15 bezeichnet ein auf dem Trog 1 angeordnetes Thermometer·

Wenn es sich bei der Vibrationseinrichtung um eine solche vom Rotationsvibratortyp handelt, wird der Trog in Vibration versetzt durch die Erregungskraft von unausgewogenen Gewichten, die an beiden Enden einer Rotorachse eines Motors befestigt sind.

Die Wehre sind in den gewünschten Abständen, in der Regel in Abständen von 50 bis 30 cm, auf dem Trog befestigt. Die Höhe des Wehres wird innerhalb des Bereiches von 1 bis 6 mm, vorzugsweise von 2 bis 4 mm, ausgewählt. Wenn die Höhe des Wehres weniger als 1 mm beträgt, wird die Pulverschicht auf dem Trog zu dünn und die Fläche des Reaktors muß groß gemacht werden. Wenn dagegen die Höhe des Wehres mehr als 6 mm beträgt, werden der Transport und das gleichmäßige Mischen des Pulvers schwierig und es reichert sich auch leicht die Reaktionswärme an.

Der Trog kann horizontal oder schwach geneigt angeordnet sein» Der Grad der Neigung wird von -4 bis +4 , vorzugsweise von +2 bis 0 ausgewählt, wobei das Vorzeichen (+) für die Neigung steht, bei der das Pulver nach unten fließt, während das Vorzeichen (-) für die Neigung steht, bei der das Pulver nach oben f ließt,und die Neigung 0 bedeutet, daß der Trog horizontal angeordnet ist. Wenn der Grad der Neigung mehr als -4 beträgt, bewegt sich das Pulver nicht vorwärts und wenn der Grad der Neigung mehr als +4 beträgt, gleitet das Pulver auf dem Trog in Form einer Lawine und die Transportkon~ trolle wird schwierig.

Die erfindungsgemäße Kontaktreaktionsvorrichtung bietet die folgenden Vorteile:

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(1) Ein Feststoffpulver und ein reaktionsfähiges Gas werden wirksam ausgenutzt und die Produktionskapazität pro Bettfläche wird deutlich erhöht, da der vibrierende Trog mit Wehren verwendet wird und gewünschten falls werden an dem Deckel Leitplatten befestigt, so daß der Kontakt zwischen dem Pulver und dem reaktionsfähigen Gas gut ist und eine kontinuierliche Reaktion abläuft.-

(2) Das Pulver bewegt sich glatt auf dem Trog. Auch die Dicke der Pulverschicht und der Transport des Pulvers werden leicht gesteuert durch Änderung der Höhe des Wehres, der Amplitude der Vibration des Troges oder des Neigungswinkels des Troges j

(3) Es tritt eine einheitliche Kontaktreaktion auf, da das Mischen des Pulvers durch Verwirbelung erfolgt, bevor die Wehre und das Pulver ausreichend miteinander gemischt worden sindi

(4) Die Wärmeübertragung ist gut und die Wärmekontrolle (Wärmesteuerung] ist leicht. Das Erhitzen des Pulvers und die Abführung der Reaktionswärme werden auf wirksame Weise durchgeführt.

(5) Die Reaktion wird auf wirksame Weise durchgeführt. Wenn ein reaktionsfähiges Gas im Gegenstrom durch den Reaktor strömen gelassen wird, nimmt der Reaktionswirkungsgrad noch weiter zu, da ein frisch zugeführtes Pulver mit einer niedrigeren Konzentration eines reaktionsfähigen Gases in Kontakt kommt, ohne daß eine schnelle Reaktion erfolgt und das mit dem reaktionsfähigen Gas umgesetzte Pulver bis zu einem gewissen Grade mit einer höheren Konzentration des reaktionsfähigen Gases in Kontakt kommt^

(6) Der Aufbau der Vorrichtung ist einfach und die Vorrichtung kann leicht in kleinem Maßstab oder großem Maßstab hergestellt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum kontinuierlichen Fluorieren von Kohle (Kohlenstoff) wird durchgeführt unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Kontaktreaktionsvorrichtung. Da ein Fluorgas sehr

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reaktionsfähig ist, sind eine Nickellegierung, wie z.B. Monel-Metall, hergestellt von der Firma International Nickel Co., und Nickel als Material des Reaktors bevorzugt. Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert.

Eine im Trichter 3 befindliche Kohle, bei der es sich um das Ausgangsmaterial handelt, wird durch die Rotationsbeschickungseinrichtung 3a in den Reaktor eingeführt und auf dem Trog 1 in Richtung des Produktbehälters 4 transportiert. Im Gegenstrom läßt man vorzugsweise Fluorgas strömen. Die Kohle auf dem Trog 1 kommt im Gegenstrom mit einem Fluorgas, das durch die Fluorgaseinleitungsöffnung 5 eingeführt wird, in Kontakt und reagiert damit. Wenn die Elektromagneten 12 durch einen pulsierenden Strom aus einem Regulator der Vibriereinrichtung 13 angeregt werden, wird der Trog 1 durch den Elektromagneten 12 plötzlich nach unten gezogen· Da seine Geschwindigkeit groß ist, schwimmt die Kohle auf und fällt aufgrund der Schwerkraft nach vorne auf den Trog 1. Im nächsten Augenblick wird der Trog 1 durch die Kraft der Blattfedern 11 nach vorne und nach oben abgestoßen, wodurch die Kohle weiter nach vorne bewegt wird. An den auf dem Trog 1 vorstehenden Wehren 8 wird die Kohle zu einem Wirbel gemischt und kommt mit einem Fluorgas gut in Kontakt, so daß die gleitfähige Kohle sich glatt auf dem Trog 1 bewegt, während die Reaktion fortgesetzt wird. Das Reaktionsprodukt wird durch den flexiblen Schlauch 14 in dem Behälter 4 gesammelt. Das durch die Einleitungsöffnung 5 zugeführte Fluorgas passiext den Reaktor und wird aus der Auslaßöffnung 6 abgelassen. Das den Reaktor passierende Fluorgas strömt gegen die Leitplatten 7, die von dem Deckel 2 nach unten vorstehen und seine Strömungsrichtung wird so geändert, daß es in ausreichendem Maße mit der Kohle auf dem Trog

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in Kontakt kommt. Eine Vielzahl der Vorrichtungen kann je nach Bedarf miteinander verbunden sein und das in der vorausgegangenen Vorrichtung erhaltene Produkt kann in die nächste Vorrichtung eingeführt werden«

Die Vibration kann kontinuierlich oder intermittierend durchgeführt werden, so OaB während der Reaktion der Trog stets vibriert oder die Vibration und das Ruhen des Troges werden wiederholt. Der Transport eines Feststoffpulvers unter Vibration wird zweckmäßig unter den folgenden Bedingungen durchgeführt: die Anzahl der Vibrationen des Troges wird in der Regel innerhalb des Bereiches von 1800 bis 3600 Vibrationen pro Minute ausgewählt. Innerhalb dieses Bereiches kann das Pulver auf dem Trog glatt transportiert werden. Die Amplitude der Vibration des Trogs wird innerhalb des Bereiches von O₇I bis 1 mm, vorzugsweise von 0,1 bis 0,4 mm, ausgewählte Wenn die Amplitude der Vibration innerhalb des obengenannten Bereiches liegt, bewegt sich das Pulver glatt, wobei es so aussieht, als ob es stationär wäre. Wenn die Amplitude der Vibration mehr als 1 mm beträgt, tritt häufig ein Stau (Aufsteigen) des Pulvers auf.

Die in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Kohle unterliegt keinen Beschränkungen und es kann sich dabei entweder um amorphe oder um kristalline Kohle (Kohlenstoff) handeln. Beispiele für geeignete Kohlen sind amorphe Kohlen, wie Ruß, Koks, Petrolkoks, Pechkoks und Holzkohle, sowie kristalline Kohlen, wie natürlicher Graphit und künstlicher Graphit. Die Kohle kann in verschiedenen Formen verwendet werden, beispielsweise in Form eines Pulvers, in Form von Kugeln, kleinen Blöcken und kleinen Stücken. Im allgemeinen wird vorzugsweise ein feinteiliges Pulver mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von nicht mehr als 50 μπι verwendet.

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In dem erfindungsgemäßen Verfahren kann ein Fluorgas verwendet werden, das durch Elektrolyse einer Lösung eines KF . 2HF-Elektrolyten hergestellt worden ist. Das auf diese Weise hergestellte Fluorgas kann so wie es ist verwendet werden oder es kann ein Gas verwendet werden, aus dem unreiner Fluorwasserstoff entfernt worden ist. In dem erfindungsgemäßen Verfahren kann auch ein handelsübliches Fluorgas, das in einer Bombe enthalten ist, verwendet werden. Ein Fluorgas kann allein verwendet werden, im allgemeinen wird es jedoch in Form einer Mischung mit einem Verdünnungsmittel zur Steuerung (Kontrolle) der Reaktion wegen der hohen Reaktionsfähigkeit des Fluorgases verwendet. Das Fluorgas wird in der Regel mit einem inerten Gas, wie Stickstoff, Argon, Neon, Helium, Perfluorkohlenwasserstoffen mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen, Luft oder Kohlendioxid, verdünnt. Das Mischungsverhältnis zwischen dem Fluorgas und dem Inertgas kann variieren in Abhängigkeit von den Reaktionsbedingungen, wie z.B. der Strömungsgeschwindigkeit der Gasmischung und der Reaktionstemperatur· Im allgemeinen werden das Fluorgas und das Inertgas so miteinander gemischt, daß der Partialdruck des Fluorgases in der Gasmischung innerhalb des Bereiches von 0,5 bis 0,01, vorzugsweise von 0,4 bis 0,1 liegt. Wenn der Partialdruck des Fluorgases mehr als 0,5 beträgt, wird die Reaktionsgeschwindigkeit so groß, daß die Reaktionswärme schwierig abzuführen ist und die Bildung von Nebenprodukten, wie Perfluorkohlenwasserstoffen, ansteigt. Wenn der Partialdruck weniger als 0,01 beträgt, wird die Reaktionsgeschwindigkeit so klein, daß der Produktionswirkungsgrad abnimmt.

Die Reaktionstemperatur wird so gewählt, daß sie innerhalb des Bereiches von 200 bis 600 C, vorzugsweise von 200 bis 500 C, liegt. Obgleich die optimale Reaktionstemperatur im allgemeinen innerhalb des obengenannten Bereiches variiert in Abhängigkeit von der Art

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der verwendeten Kohle, ist der Bereich von 200 bis 450 C für amorphe Kohlen bevorzugt und der Bereich von 400 bis 500 C ist für kristalline Kohlen bevorzugt.

Der Grad der Fluorierung kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in geeigneter Weise gesteuert werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist daher auch auf die partielle Fluorierung von Kohle (Kohlenstoff), insbesondere auf die Fluorierung nur der Umgebungder Oberfläche der Kohleteilchen (Kohlenstoffteilchen), anwendbar.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird in den folgenden Beispielen näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.

Beispiele 1-6

Die Fluorierung von Kohle wurde durchgeführt unter Verwendung eines vibrierenden Transport-Reaktors, wie er in der beiliegenden Zeichnung dargestellt ist, wobei die Größenverhältnisse folgende waren: Der Trog 1 war 10 cm breit und 80 cm lang, die Wehre 8 mit einer Höhe von 10 cm waren in Abständen von 10 cm auf dem Trog befestigt und die Leitplatten 7 mit einer Höhe von 2 cm waren an dem Deckel 2 in Abständen von 20 cm befestigt, an der unteren Oberfläche des Troges waren Platten-Heizeinrichtungen 9 fixiert und zwischen dem Trog und den Elektromagneten 12 der elektromagnetischen Vibratoren 13 (Anzahl der Vibrationen: 60 Hz) war eine Mantel-Wasserkühleinrichtung 10 vorgesehen.

Petrolkoks-Kohlepulver mit einer Teilchengröße von 1 bis 38 \m, das in dem Trichter 3 aufbewahrt wurde, wurde durch die Rotationsbeschickungseinrichtung 3a kontinuierlich in den Reaktor eingeführt.

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Nachdem das Kohlepulver ausreichend vorerhitzt worden war, wurde die Reaktion unter den in der folgenden Tabelle I angegebenen
Bedingungen gestartet durch kontinuierliche Einleitung eines mit Stickstoff verdünnten Fluorgases durch die Einleitungsöffnung 5 zur Herstellung von PolyCkohlenstoffmonofluorid). Das Reaktionsprodukt wurde in dem Behälter 4 gesammelt und die Ausbeute und der Fluorgehalt des Produktes wurden bestimmt. Die dabei erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle I angegeben.

Beispiele 7. und 8

Die Verfahren der vorausgegangenen Beispiele wurden wiederholt, wobei diesmal jedoch ein vibrierender Transportreaktor verwendet wurde, dessen Trog eine Breite von 10 cm und eine Länge von 200 cm hatte. Die erhaltenen Ergebnisse sind ebenfalls in der folgenden Tabelle I angegebene

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Tabelle I

._..,.. · 1 2 3 4 5 678

Beispiel Nr.

Reaktionstemperatur (°C) 400 460 49 5 460 460 460 450 450

Neigung des Troges +2° +2° +2° +2° +2° +2° +2° +2° Vibrationsbedingungen des Troges

Vibrationsamplitude (mm) 0.2 0.3 0.2 0.4 0.2 0.2 0.1 0.2

_o kontinuierliche Vibration ------ kontin, kontin.

_o Intermittierende Vibration

ο Ruheperiode (Min.) 6 12 6 7 63

f_. Vibrationsperiode (Min.) 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5

^ Konzentration des Fluorgases (Vol.-Τθ 15.0 15.0 15.0 15.0 30.0 45.0 20.0 20.0 \

co Strömungsgeschwindigkeit des Fluorgases (l/iin) 2.5 2.5 2.5 2.5 1.3 1.7 11.5 7.6

„j durchschnittliche Reaktionszeit (Min.) 120 120 120 60 120 60 30 22

Reaktionsprodukt

Ausbeute (g/Std.) 45 46 46 85 40 68 400 460

Fluorgehalt (Gew.-%) 40.0 58.2 61.5 35.0 61.5 61.6 48.0 27.8

., 301U36

Beispiel 9

250 g Petrolkoks-Kohlepulver mit einer Teilchengröße von 1 bis 38 μηι wurden wiederholt der gleichen Fluorierungsreaktion wie in Beispiel 1 unterworfen, wobei diesmal jedoch der Trog intermittierend in Vibration versetzt wurde (Ruheperiode der Vibration 5,5 Minuten, Vibrationsperiode 0,5 Minuten), wobei die Vibrationsamplitude 0,3 mm betrug, und die Reaktion wurde bei 385 C durchgeführt.

Die dabei erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle II angegeben, in der die Daten in den Spalten 1, 2, 4, 6 und 8 der "Anzahl der Wiederholungen der Reaktion" diejenigen sind, wie sie in der ersten, zweiten, vierten, sechsten bzw. achten Reaktion erhalten wurden.

Tabelle II

Anzahl der Wiederholungen

der Reaktion 12 4 6 8

Durchschnittliche Transportmenge

des Pulvers (g/Std.) _{71 65 70 70} 73

Reaktionszeit (Std.) . 4.5 5.5 6.5 7.0 Fluorgehalt des Produkts

(Gew. -%) ' 25.5 36.0 50.7 57.0 61.4

Produktausbeute (g) 320 359 456 494 518

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Beispiel 10

250 g Petrolkoks-Kohlepulver mit einer Teilchengröße von nicht mehr als 38 μηι wurden wiederholt der gleichen Fluorierungsreaktion wie in Beispiel 1 unterworfen, wobei diesmal der Trog intermittierend in Vibration versetzt wurde (Ruheperiode der Vibration 5,5 Minuten, Vibrationsperiode 0,5 Minuten), wobei die Amplitude der Vibration 0,3 mm betrug, und die Reaktion wurde bei 450 C durchgeführt, indem Fluorgas in einer Konzentration von 10 Vol.-/£mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 3,8 1 pro Minute eingeleitet wurde.

Die dabei erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle III angegeben, in der die Daten in den Spalten 1, 2, 3 und 4 der
"Anzahl der Wiederholungen der Reaktion" diejenigen sind, wie sie bei der ersten, zweiten, dritten bzw. vierten Reaktion erhalten
wurden.

Tabelle III

Anzahl der Wiederholungen der

Reaktion
Durchschnittliche Transportmenge

des Pulvers (g/Std»)

Reaktionszeit (Std.) Fluorgehalt des Produkts (Gew.-50

Produktausbeute (g)

70 - 68 70 74

4.5 5.5 6.5 7.0

27.3 45.5 58.3 61.0

299 379 457 525

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Claims

Patentansprüc he

1. Verfahren zur kontinuierlichen Fluorierung von Kohle (Kohlen- » stoff) in einem horizontalen Reaktor (Roaktionsgefäß), der (dos)

einen mit einei- Vielzahl von Wehren ausgestatteten Trog, Kohlen- >

beschickungs-und -austragsb'ffnungen in beiden Endabschnitten des Reaktors sowie Fluorgaseinleitungs- und-auslaßöffnungen in beiden Endabschnitten des Reaktors aufweist, gekennzeichnet durch die folgenden Stufen:

a) kontinuierliche Einfuhrung einer Kohle durch eine Kohlenbeschickungsöffnung in einem Endabschnitt des Reaktors auf den Trog,

b) kontinuierliche Einleitung eines Fluorgases oder einer Mischung aus Fluorgas und Verdünnungsmittel in den Reaktor durch eine Fluorgaseinleitungsöffnung in einem Endabschnitt des Reaktors,

c) Inkontaktbrirtgen der Kohle mit dem Gas, um sie bei einar Temperatur von 200 bis 600 C miteinander umzusetzen, während die Kohle auf dem Trog in einem Strom des Gases unter Vibration trans~

portiert wird, und ^

d) kontinuierliche Entfernung der fluorierten Kohle durch eine "ß

Kohlenaustragsöffnung in einem anderen Endabschnitt des Reaktors,

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Wehre 1 bis 6 mm beträgt„

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3« Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Trog in Abständen von 5 bis 30 cm mit Wehren versehen ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Trog in einer Vibrationsamplitude innerhalb des Bereiches von 0,1 bis 1 mm in Vibration versetzt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohle in Form eines Pulvers mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von nicht mehr als 50 μιη vorliegt.

6. Vorrichtung für die Durchführung einer Kontaktreaktion zwischen einem Feststoffpulver und einem reaktionsfähigen Gas, gekennzeichnet durch

a) einen horizontalen Reaktor, bestehend aus einem Trog (l) und einem Deckel (2), wobei der Trog (O in Abständen auf der oberen Oberfläche eine Vielzahl von Wehren (8) aufweist,

b) eine Vibrationseinrichtung (13), um den Trog (i) in Vibration zu versetzen,

c) Beschickungs- und Austragsöffnungen für ein Feststoffpulver in beiden Endabschnitten des Reaktors und

d) Einleitungs- und Auslaßöffnungen (5, 6) für ein reaktionsfähiges Gas in beiden Endabschnitten des Reaktors.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Wehre (8) 1 bis 6 mm beträgt,.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Trog (i) in Abständen von 5 bis 30 cm mit Wehren (8)

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versehen ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an der unteren Oberfläche des Deckels (2) eine Leitplatte (7) befestigt ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Vibrationseinrichtung (13) um einen Rotationsvibrator oder einen elektromagnetischen Vibrator handelt.

11· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem eine Heizeinrichtung (9) zum Erhitzen des Reaktors aufweist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem eine zwischen dem Trog (l) und der Vibrationseinrichtung (13) angeordnete Kuhleinrichtung (1O) aufweist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver eine durchschnittliche Teilchengröße von nicht mehr als 50 μηι hat.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Pulver um das Pulver eines organischen hohen Polymeren handelt.

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