DE3011436C2

DE3011436C2 - Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Fluorierung von Kohle

Info

Publication number: DE3011436C2
Application number: DE3011436A
Authority: DE
Inventors: Toru Akiyama; Tsutomu Kamihigoshi; Shoji Takagi; Tadayuki Maeda
Original assignee: Daikin Industries Ltd; Daikin Kogyo Co Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 1979-03-30
Filing date: 1980-03-25
Publication date: 1994-03-10
Anticipated expiration: 2000-03-26
Also published as: IT1131042B; GB2049465A; GB2049465B; DE3011436A1; US4447663A; FR2452473B1; IT8020869A0; US4348363A; FR2452473A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von fluorierter Kohle nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.

Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 5.

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.

Bisher wurde diskontinuierlich gearbeitet, wobei eine 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 kontinuierlich gearbeitet, wobei eine Reaktion in der Weise durchgeführt wird, daß ein mit einem Inertgas verdünntes Fluorgas durch Kohleteilchen geleitet wird, die in einen Drehofen überführt werden.

Solche Drehöfen oder Drehrohröfen sind bekannt (US-PS 3 929 920).

Das diskontinuierliche 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, das heißt 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 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 Verfahren sehr viel schlechter.

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 Wärmewirkungsgrad ist jedoch gering, und die Abführung der Wärme ist ebenfalls gering, 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.

Ein anderer beschriebener Reaktor zur Fluorierung (DE-AS 10 01 242) eignet sich nicht zur Fluorierung von Kohlenstoffpulver.

Bei der Fluorierung von festem Kohlenstoffpulver treten verschiedene Probleme auf, die unterschiedlich sind zu denjenigen, wie sie allgemein bei der Umsetzung von Feststoffpulvern mit Gasen angetroffen werden. So ist bei der Fluorierung von festem Kohlenstoffpulver insbesondere die Abführung der entstehenden Reaktionswärme ein großes Problem. Die Fluorierung von Kohlenstoffpulver unterscheidet sich von der Behandlung anderer Feststoffpulver oder Feststoffteilchen, beispielsweise der Ansäuerung von Stärkepulver, wie in US-PS 916 482 beschrieben, und von der Behandlung von Eisenpyriten, wie in US-PS 3 549 351 beschrieben, insbesondere dadurch, daß das Kohlenstoffpulver selbst leicht Staubexplosionen verursacht, wenn es in Vibration versetzt wird.

Die Fluorierung von Kohlenstoff und Kohlenstoffpulvern bereitet also größere Probleme als eine gewöhnliche Kontaktreaktion zwischen einem Feststoff und einem Pulver. So beschreibt zum Beispiel GB-PS 458 071 ein Verfahren zur Behandlung von festen Stoffen, insbesondere zum Trocknen, Mischen oder Kalzinieren, sowie eine Vorrichtung zur Behandlung von festen Stoffen. Die hier beschriebene Vorrichtung besteht aus einem Reaktor, der an einem Endabschnitt eine Beschickungsöffnung sowie eine Auslaßöffnung für ein Gas aufweist, und der an dem anderen Endabschnitt eine Austragsöffnung für den zu behandelnden Stoff sowie eine Einleitungsöffnung für ein Gas aufweist. Diese Vorrichtung ist für die Fluorierung von Kohle jedoch ungeeignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von fluorierter Kohle durch Fluorierung von im Gegenstrom zu gasförmigen Fluor oder zu einer gasförmigen Mischung aus Fluor in einem Reaktor anzugeben, das für die Massenproduktion geeignet ist, sowie der Angabe einer Vorrichtung für die Durchführung dieses Verfahrens.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von fluorierter Kohle der eingangs genannten Gattung mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teiles des Schutzanspruches 1 sowie mit einer Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens mit den Merkmalen des Schutzanspruches 5 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die kontinuierliche Herstellung von fluorierter Kohle mit einer einem horizontalen Reaktor (Reaktionsgefäß) bestehenden Vorrichtung, die an einem Endabschnitt eine Beschickungsöffnung für die Kohle sowie eine Auslaßöffnung für das Fluor aufweist. An einem anderen Endabschnitt weist der Reaktor eine Austragsöffnung für die fluorierte Kohle sowie eine Einlaßöffnung für das Fluor auf.

Der Reaktor ist dadurch gekennzeichnet, daß er aus einem mit einem Deckel versehenen und mittels einer Vibrationseinrichtung in Vibration versetzbaren horizontal oder schwach geneigt angeordneten Trog besteht, wobei auf dem Boden des Troges in Abständen eine Vielzahl von Wehren und an der Innenfläche des Deckels ebenfalls in Abständen eine Vielzahl von nach unten vorstehenden Leitplatten angeordnet sind.

Im Reaktor werden kontinuierlich zugeführte Kohlenteilchen auf dem Trog in Form einer dünnen Schicht durch die Vibration des Troges transportiert, 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 Ausführungsform 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.

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 (Kohlenstoffteilchen) können kontinuierlich hergestellt werden, ohne daß 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 nicht bekannt. Es ist nun gelungen, ein Verfahren für die kontinuierliche Herstellung von fluorierter 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 Herstellung von fluorierter Kohle 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 nur zum kontinuierlichen Herstellen von fluorierter Kohle (Kohlenstoff).

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher auch eine Vorrichtung zur Herstellung von fluorierter Kohle, die gekennzeichnet ist durch einen horizontalen Reaktor (Reaktionsgefäß), der besteht aus einem Trog und einem dafür geeigneten Deckel, wobei der Trog auf der oberen Oberfläche 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 Kohlenstoffpulver, und insbesondere auf solche mit einer Teilchengröße von nicht mehr als 50 µm anwendbar.

Als Vibrationseinrichtung können ein Rotationsvibrator und ein elektromagnetischer Vibrator verwendet werden, und sie werden in Abhängigkeit von der Gestalt des Kohlenstoffpulvers 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 Kohlenstoffpulver 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.

Ein Reaktor (Reaktionsgefäß) wird gebildet durch einen Trog 1 und eine Abdeckung oder einen Deckel 2, um ihn zu verschließen. Zur Einführung eines Kohlenstoffpulvers 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 flexiblen 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 überführt, während es, vorzugsweise im Gegenstromkontakt, mit einem reaktionsfähigen Gas in Kontakt kommt und die Reaktion fortgesetzt wird. Das Produkt in dem 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 fließt, 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 Transportkontrolle wird schwierig.

Die erfindungsgemäße Kontaktreaktionsvorrichtung bietet die folgenden Vorteile:

(1) Ein Kohlenstoffpulver und ein reaktionsfähiges Gas werden wirksam ausgenutzt, und die Produktionskapazität pro Bettfläche wird deutlich erhöht, da der vibrierende Trog mit Wehren verwendet wird, und gewünschtenfalls 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.
(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 sind.
(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 zur kontinuierlichen Herstellung von fluorierter Kohle (Kohlenstoff) wird durchgeführt unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Kontaktreaktionsvorrichtung. Da ein Fluorgas sehr 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 passiert den Reaktor und wird aus der Auslaßöffnung 6 abgelassen. Das den Reaktor pssierende 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 1 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 daß während der Reaktion der Trog stets vibriert, oder die Vibration und das Ruhen des Troges werden wiederholt. Der Transport eines Kohlenstoffpulvers 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 0,1 bis 1 mm, vorzugsweise von 0,1 bis 0,4 mm, ausgewählt. 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 µm verwendet.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren kann ein Fluorgas verwendet werden, das durch Elektrolyse einer Lösung eines KF · 2 HF-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 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 potentielle Fluorierung von Kohle (Kohlenstoff), insbesondere auf die Fluorierung nur der Umgebung der 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 0,4 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 µm, das in dem Trichter 3 aufbewahrt wurde, wurde durch die Rotationsbeschickungseinrichtung 3a kontinuierlich in den Reaktor eingeführt.

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 Poly(kohlenstoffmonofluorid). 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 angegeben.

Tabelle I

Beispiel 9

250 g Petrolkoks-Kohlepulver mit einer Teilchengröße von 1 bis 38 µm 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

Beispiel 10

250 g Petrolkoks-Kohlepulver mit einer Teilchengröße von nicht mehr als 38 µm 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 l 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

Claims

1. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von fluorierter Kohle durch Fluorierung von im Gegenstrom zu gasförmigem Fluor oder zu einer gasförmigen Mischung aus Fluor und einem Verdünnungsmittel in horizontaler Richtung transportierter teilchenförmiger Kohle bei einer Temperatur von 200 bis 600°C in einem Reaktor, wobei an einem Endabschnitt des Reaktors die Kohle durch eine Beschickungsöffnung eingeführt sowie das Fluor durch eine Auslaßöffnung abgeleitet werden, und wobei an dem anderen Endabschnitt des Reaktors die fluorierte Kohle durch eine Austragsöffnung entnommen und das Fluor durch eine Einleitungsöffnung eingeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohle in einem horizontal oder schwach geneigt angeordneten, mit einem Deckel versehenem und in Vibration versetztem Trog, der auf seinem Boden in Abständen eine Vielzahl von Wehren aufweist, transportiert wird und daß die Strömungsrichtung des Fluors durch eine Vielzahl an der Innenfläche des Deckels in Abständen angeordnete und nach unten vorstehende Leitplatten derart geändert wird, daß das Fluor in einen ausreichenden Kontakt mit der Kohle gebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Trog mit einer Amplitude von 0,1 bis 1 mm in Vibration versetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Trog mit einer Frequenz von 1800 bis 3600 Schwingungen pro Minute in Vibration versetzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohle in Form eines Pulvers mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von maximal 50 µm eingesetzt wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 4, bestehend aus einem Reaktor, der an einem Endabschnitt eine Beschickungsöffnung für die Kohle sowie eine Auslaßöffnung für das Fluor und der an dem anderen Endabschnitt eine Austragsöffnung für die fluorierte Kohle sowie eine Einleitungsöffnung für das Fluor aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor aus einem, mit einem Deckel (2) versehenen und mittels einer Vibrationseinrichtung (13) in Vibration versetzbaren horizontal oder schwach geneigt angeordnetem Trog (1) besteht, wobei auf dem Boden des Troges (1) in Abständen eine Vielzahl von Wehren (8) und an der Innenfläche des Deckels (2) ebenfalls in Abständen eine Vielzahl von nach unten vorstehenden Leitplatten (7) angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Wehre (8) 1 bis 6 mm beträgt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wehre (8) in Abständen von 5 bis 30 cm angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor mit einer Heizeinrichtung (9) versehen ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kühleinrichtung (10) zwischen dem Trog (1) und der Vibrationseinrichtung (13) angeordnet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigung des Troges (1) -4° bis +4° beträgt.