DE3320945A1

DE3320945A1 - Vorrichtung zum erzeugen einer masse aus mesophasen-kohlenstoff

Info

Publication number: DE3320945A1
Application number: DE19833320945
Authority: DE
Inventors: Eiji Izumi Osaka Kitajima; Yukimasa Kumura; Kosaku Tokyo Noguchi; Tomonori Ootsu Osaka Sunada; Honami Tanaka
Original assignee: Koa Oil Co Ltd
Current assignee: Koa Oil Co Ltd
Priority date: 1982-08-11
Filing date: 1983-06-09
Publication date: 1984-02-16
Also published as: NO831264L; DK360983A; NL188856C; ATA291083A; AU558968B2; GB8309743D0; FR2531721A1; NO159716C; BR8304054A; GB2125061B; NL8301017A; IT1205336B; DK155676B; AR229736A1; SE450772B; GB2125061A; CA1189469A; SE8301245D0; ES8501013A1; SE8301245L

Description

"Vorrichtung zum Erzeugen einer Masse aus Mesophasen-Kohlenstoff"

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Erzeugen einer Masse aus Mesophasen-Kohlenstoff (Agglomerate der Mesophase) aus Schweröl, die als kohlenstoffhaltiges Material nützlich ist.

Wenn ein kohlenwasserstoffhaltiges Schweröl, z.B. ein aus Erdöl erhaltenes Schweröl, Kohlenteer oder Ölsand, durch Wärmebehandlung bei 400 bis 500⁰C carbonisiert wird, bilden sich in dem in einer frühen Stufe des Verfahrens erhaltenen, wärmebehandelten Pech Mikrokristalle, die als Mikrokügelchen der Mesophase bezeichnet werden. Diese Mikrokügelchen der Mescphase sind Flüssigkristalle mit einer charakteristischen Molekülanordnung und sie sind kohlenstoffhaltige Vorläufer, die durch weitere Wärmebehandlung zu hochkristallinen, carbonisierten oder gekohlten Produkten umgewandelt werden können. Da diese Mikrokügelchen der Mesophase selbst chemisch und physikalisch hochaktiv sind, werden große Erwartungen gehegt, daß sie nach dem Isolieren aus dem oben erwähnten wärmebehandelten Pech in einer Vielzahl von Anwendungsfällen mit hohem Mehrwert Verwendung finden können, z.B. als Ausgangsstoffe für Kohlenstoffmaterialien von hoher Qualität und als Rohmaterial für Kohlenstoffasern, oder als Bindemittel und Adsorbens usw. Isolierte Mikrokügelchen der Mesophase werden allgemein als "Mesokohlenstoff-Mikroperlen" bezeichnet.

Zum Isolieren derartiger Mikrokügelchen der Mesophase ist ein Verfahren vorgeschlagen worden, bei dem nur das diese Mikrokügelchen dispergiert enthaltende Pechgrundmaterial selektiv in Chinolin, Pyridin oder einem aromatischen Öl, wie Anthrazenöl, Solventnaphtha u.dgl. gelöst wird und die Mikrokügelchen der Mesophase als unlöslicher Bestandteil durch ein Feststoff-Flüssigkeit-Trennverfahren isoliert werden. Um jedoch die Wärmebehandlung unter Vermeidung der Bildung von Koks durchführen zu können, darf der Gehalt an Mikrokügelchen der Meso-

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phase in dem wärmebehandelten Pech (quantitativ als chinolinunlöslicher Bestandteil gemäß der japanischen Industrienorm JIS K 2425 bestimmt) nur auf maximal 15 Gew.-% erhöht werden.

Außerdem ist zum Abtrennen der Mikrokügelchen der Mesophase eine Lösungsmittelmenge nötig, die bis zum 30-fachen oder mehr dem Gewicht des wärmebehandelten Pechs entspricht. Für das Verfahren zum Isolieren der Mikrokügelchen der Mesophase durch selektives Auflösen des Pechgrundmaterials (manchmal als Lösungsmitteltrennverfahren bezeichnet) muß also ein Lösungsmittel in einer Menge verwendet werden, die dem 200-fachen Gewicht oder mehr der zu erhaltenden Mikrokügelchen der Mesophase entspricht. Folglich ist die Produktivität bei diesem Verfahren als unweigerlich sehr gering hingenommen worden.

Angesichts dieser Schwierigkeiten hat die Anmelderin erwogen, daß die Mesophase als ein zu verformendes Material nicht notwenigerweise als Mikrokügelchen zur Verfügung stehen müßte. So wurde bereits ein Verfahren (japanische Offenlegungsschrift 57-200213) entwickelt, bei dem einem Mikrokügelchen der Mesophase enthaltenden Pech eine turbulente Strömung aufgezwungen wurde, um die Mikrokügelchen der Mesophase zum Zusammenfließen zu veranlassen und als agglomerierte Mesophase einer Sedimentationstrennung zu unterwerfen.

Aufgabe der Erfindung ist es, für einen langfristig stabilen und kontinuierlichen Betrieb eine Vorrichtung zum Erzeugen einer Masse aus Mesophasen-Kohlenstoff zu schaffen, bei der das Prinzip der Förderung des Abtrennens von Mikrokügelchen der Mesophase vom Pechgrundmaterial durch Zusammenfließen und Agglomerieren angewandt wird.

Zu der Vorrichtung zum Erzeugen einer Masse aus Mesophasen-Kohlenstoff gemäß der Erfindung gehört ein Wärmebehandlungsgefäß zur Wärmebehandlung eines als Ausgangsmaterial eingesetzten Schweröls, um Pech zu bilden, welches Mikrokügelchen der Mesophase enthält; ein Trenngefäß in Form eines umge-

kehrten Kegels, welches unterhalb des Wärmebehandlungsgefäßes angeordnet ist und so arbeitet/ daß die Mikrokügelchen der Mesophase innerhalb des aus dem Wärmebehandlungsgefäß in das Trenngefaß eingeführten Pechs zusammenfließen, wodurch die Mikrokügelchen der Mesophase vom Pechgrundmaterial abgetrennt werden; ein absteigendes Rohr zum Einführen des die Mikrokügelchen der Mesophase enthaltenden Pechs aus dem Wärmebehandlungsgefäß in das Trenngefäß; ein aufsteigendes Rohr zum Einführen des Pechgrundmaterials, aus dem die Mikrokügelchen der Mesophase im Trenngefäß entfernt wurden, in das Wärmebehandlungsgefäß, und eine Zufuhrleitung für ein Ausgangsmaterial, die am stromaufwärts liegenden Ende mit einer Quelle eines als Ausgangsmaterial benutzten Schweröls verbunden ist und eine Zufuhrpumpe für das Ausgangsmaterial enthält und die an ihrem stromabwärts liegenden Ende in das aufsteigende Rohr eingesetzt ist, wobei der untere Endbereich des absteigenden Rohrs mit der oberen Seitenwand des Trenngefäßes in tangentialer Richtung verbunden ist und das aufsteigende Rohr in seinem unteren Endbereich koaxial in den mittleren Teil des Trenngefäßes eingesetzt ist und in einem Zwischenbereich eine Innenwandfläche hat, die eine Verengung von eingeengtem Innendurchmesser hat, und wobei die äußerste, stromabwärts liegende Spitze der Zufuhrrohrleitung für das Ausgangsmaterial koaxial innerhalb dieser Verengung und in der Nähe derselben angeordnet ist.

Im folgenden ist die Erfindung mit weiteren vorteilhaften Einzelheiten anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 ein Diagramm in Form eines Fließschemas eines Ausführungsbeispiels der Anordnung wesentlicher Teile der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Erzeugen einer Masse aus Mesophasen-Kohlenstoff;

Fig. 2 eine Draufsicht auf das Trenngefäß der Vorrichtung;

Fig. 3 eine vergrößerte Ansicht des in Fig. 1 mit A markierten Teils;

Fig. 4 eine vergrößerte Ansicht der Spitze einer Ölzufuhrleitung;

Fig. 5 eine durch ein Polarisationsmikroskop gemachte mikrophotographische Aufnahme (Vergrößerung: X 17 0) von mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzeugter Masse aus Mesophasen-Kohlenstoff.

Das in Fig. 1 gezeigte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist als wesentliche Teile ein Wärmebehandlungsgefäß 1 im wesentlichen in Form eines länglichen, aufrechten Zylinders, eine Trennvorrichtung bzw. ein Trenngefäß 2 in Form eines umgekehrten Kegels von zyklonartiger Gestalt, der im wesentlichen unmittelbar unterhalb des Wärmebehandlungsgefäßes 1 angeordnet ist, sowie ein aufsteigendes Rohr 3 und ein absteigendes Bohr 4 auf, durch die die Innenräume der beiden Gefäße 1 und 2 miteinander in Verbindung stehen.

Aus Fig. 2, die das Trenngefäß in Draufsicht zeigt, geht der Anschluß des absteigenden und aufsteigenden Rohres 3 bzw. 4 an das Trenngefäß 2 hervor. Das absteigende Rohr 3 ist mit seinem unteren Ende im wesentlichen zu. einem horizontalen unteren Endbereich 3^a abgebogen, der an seinem Ende tangential zur oberen Seitenwand des Trenngefäßes 2 ausgerichtet ist, mit der er verbunden ist. Der untere Endbereich des aufsteigenden Rohres 4 ist in den oberen mittleren Teil des Trenngefäßes 2 eingesetzt. In Fig. 3, die den in Fig. 1 mit A markierten Bereich in Vergrößerung zeigt, ist das aufsteigende Rohr 4 In einem Zwischenbereich mit einer Verengung 4a versehen, die einen eingeengten Innendurchmesser hat und deren Innenfläche einem Venturirohr bzw. einer Strahl- oder Düsenpumpe ähnelt. In der Nähe der Verengung 4a ist koaxial mit derselben die Abgabespitze 5a am stromabwärtsliegenden Ende einer Ölzuführleitung 5 für die Zufuhr des als Ausgangsmaterial verwendeten Öls vorgesehen. Das stromaufwärtsliegende Ende dieser Ölzuführleitung 5 ist über eine Pumpe 7 mit einem Öltank 8, der das Ausgangsmaterial enthält , verbunden.

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Innerhalb des Wärmebehandlungsgefäßes 1 ist das obere Ende des aufsteigenden Rohres 4, welches unterhalb der Flüssigkeitsoberfläche 15 der im Wärmebehandlungsgefäß 1 enthaltenen Flüssigkeit angeordnet ist, in einer aufrechten rohrförmigen Konstruktion 9 aufgenommen, die ein offenes unteres Ende und ein geschlossenes oberes Ende hat. Das obere Ende dieser rohrförmigen Konstruktion 9 ist am unteren Ende einer Stange 10 befestigt, die sich von der Oberseite des Wärmebehandlungsgefäßes 1 erstreckt und mittels einer auf dem Wärmebehandlungsgefäß 1 angeordneten Vorrichtung 11 angehoben und abgesenkt werden kann. Durch das Anheben und Absenken der rohrförmigen Konstruktion 9 kann die Öffnungsfläche am oberen Endbereich des aufsteigenden Rohrs 4 verstellt werden, um auf diese Weise den Durchsatz an Flüssigkeit durch das aufsteigende Rohr 4 zu steuern.

Am Boden des Wärmebehandlungsgefäßes 1 ist eine Pechablaßleitung 12 vorgesehen, die über ein Steuerventil 13 mit einem Pechtank I^ außerhalb des Wärmebehandlungsgefäßes verbunden ist. Das Steuerventil 13 ist mittels einer Steuereinrichtung 16a steuerbar, die in Abhängigkeit vom Ausgangssignal eines Meßgerätes 16 für den Flüssigkeitspegel der Verdrängerbauart betätigbar ist, welches im Wärmebehandlungsgefäß 1 zum Feststellen des Pegels der Flüssigkeitsoberfläche I5 in demselben vorgesehen ist. An den oberen Teil des Wärmebehandlungsgefäßes 1 ist in Verbindung mit dem oberen Innenraum des Wärmebehandlungsgefäßes ein Ende einer Rohrleitung 17 zum Abziehen von gekracktem Leichtöl angeschlossen. Das andere Ende dieser Rohrleitung 17 ist über einen Kondensator mit einem Leichtöltank verbunden.

Am Boden des Trenngefäßes 2 ist eine zur Förderung einer viskosen Flüssigkeit geeignete Pumpe 21, z.B. eine mittels eines Motors 20 angetriebene Zahnradpumpe vorgesehen. Die Abgabeöffnung dieser Pumpe 21 ist über eine Rohrleitung 22 an einen Sammelbehälter 2 3 für die Mesophase angeschlossen-

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Die vorstehend beschriebene Vorrichtung arbeitet auf folgende Weise zur Erzeugung einer Masse aus Mesophasen-Kohlenstoff. Die in Prozent angegebenen Mengen sind, sofern nichts anderes gesagt ist, in Gewichtsprozent angegeben.

Das als Ausgangsmaterial dienende Schweröl ist in dem Öltank enthalten. Beispiele für das zu verwendende Schweröl sind aus Erdöl gewonnene Schweröle, wie unter normalem Druck erhaltene oder unter vermindertem Druck erhaltene Destillationsrückstände, durch katalytisches Cracken erhaltene Schweröle, welche als Rückstand nach Abtrennen des Katalysators verbleiben, und thermisch gecrackte Teere sowie Schweröle aus Kohle, wie Kohlenteer. Dieses Schweröl im Öltank 8 wird mittels der Pumpe durch eine Heizvorrichtung 6 gefördert, in der es auf die Reaktionstemperatur oder eine etwas höhere Temperatur erhitzt wird, Das erhitzte Öl fließt dann durch die Ölzufuhrleitung 5 und steigt gemeinsam mit aus dem Trenngefäß 2 kommendem Pechgrundmaterial durch das aufsteigende Rohr 4 in das Wärmebehandlungsgefäß 1. Durch Anheben und Absenken der Stange 10 und der rohrförmigen Konstruktion 9 mittels der Vorrichtung 11 kann, wie gesagt, die Öffnungsflache am oberen Endbereich des aufsteigenden Rohrs 4 verstellt werden, d.h. der Widerstand gegen Fluidströmung zwischen der rohrförmigen Konstruktion 9 und dem oberen Endbereich des aufsteigenden Rohrs 4 ist verstellbar. Auf diese Weise wird der Fluiddurchsatz der zuströmenden Flüssigkeit durch das aufsteigende Rohr gesteuert.

Die Temperatur des Inhalts im Wärmebehandlungsgefäß 1 (d.h. die Reaktionstemperatur) wird auf 400 bis 500⁰C, vorzugsweise 400 bis 460⁰C, gehalten. Bei einer Verweilzeit von 30 Minuten bis 5 Stunden, je nach der Formel (Volumen des Schweröls im Wärmebehandlungsgefäß 1/volumetrischer Durchsatz an Ausgangsmaterial durch die Ölzufuhrleitung 5) bei dieser Temperatur, erfolgt eine Polykondensationsreaktion des als Ausgangsmaterial dienenden Schweröls, um auf diese Weise Mikrokügelchen der Mesophase enthaltendes Pechgrundmaterial innerhalb solcher

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Grenzen zu erzeugen, daß keine koksartige Mesophasen-Masse und kein koksartiges gekohltes Produkt infolge übermäßig starker Umsetzung gebildet wird.

Durch diese Wärmebehandlung wird insgesamt wärmebehandeltes Pech erhalten, welches Mikrokügelchen der Mesophase in einer Menge von 2 bis 15 Prozent, bestimmt als chinolinunlöslicher Stoff, enthält. Der Pegel der Flüssigkeitsoberfläche 15 im Wärmebehandlungsgefäß 1 wird durch Verstellen des Ausmaßes der öffnung des Steuerventils 13 mittels der Steuereinrichtung 16a in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Meßgerätes für den Flüssigkeitspegel gesteuert, um auf diese Weise den Durchsatz an Pech einzustellen, der aus dem Wärmebehandlungsgefäß 1 abgezogen und dem Pechtank 14 zugeführt wird. Die Verweilzeit im Wärmebehandlungsgefäß 1 wird durch das Steuern des Pegels der Flüssigkeitsoberfläche und das Steuern des Zuflusses von Ausgangsmaterial eingestellt.

Ein beträchtlicher Teil des als Ausgangsmaterial benutzten Schweröls, welches dem Wärmebehandlungsgefäß 1 zugeführt wird, wird durch thermisches Cracken in Leichtöle verwandelt, die in Form von Dampf durch die Rohrleitung 17 abgezogen, im Kondensator 18 kondensiert und dann im Leichtöltank 19 gespeichert werden. Diese Leichtöle können natürlich, wenn nötig, einer fraktionierten Destillation unterworfen werden.

Der größere Teil des wärmebehandelten Pechs, der die im Wärmebehandlungsgefäß 1 gebildeten Mikrokügelchen der Mesophase enthält, fließt andererseits unter Schwerkraft nach unten durch das absteigende Rohr 3 und wird in den oberen Teil des Trenngefäßes 2 in tangentialer Richtung zur Seitenwand desselben eingespritzt, wodurch er zu einer umlaufenden Strömung wird, die sich allmählich im Trenngefäß abwärts bewegt. Die Mikrokügelchen der Mesophase fließen dabei normalerweise aufgrund des entstehenden Turbulenzeffektes zusammen und

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werden, sobald sie sich aggregieren, durch Zentrifugalkraft vom Pechgrundmaterial abgetrennt und setzen sich am Boden des Trenngefäßes 2 ab. Die Viskosität des wärmebhandelten Pechs, welches durch das absteigende Rohr 3 läuft, liegt im Größenordnungsbereich von 100 cSt bei 2 00⁰C. Eine Schätzung der Viskosität des Pechs bei der Reaktionstemperatur durch Extrapolation der Viskosität-Temperatur-Kurve des Pechs ergibt einen Wert von ca. 1 cSt, d.h. einen Wert, der etwa im Größenordnungsbereich der Viskosität von Wasser bei Zimmertemperatur liegt. Das bedeutet, daß das Fließvermögen des Pechs, welches nötig ist, damit das Pech unter Schwerkraft nach unten fließen und eine umlaufende Strömung im Trenngefäß 2 bilden kann, stets genügend aufrechterhalten wird.

Um ein gutes Zusammenfließen und Agglomerieren durch Turbulenz zu erzielen, ist andererseits eine niedrige Temperatur im Trenngefäß 2 erwünscht, und zwar eine Temperatur, die vorzugsweise um 5°C oder mehr, insbesondere 10⁰C oder mehr, unter der Reaktionstemperatur liegt. Wenn jedoch die Temperatur im Trenngefäß 2 übermäßig stark abgesenkt wird, verringert dies das Fließvermögen des wärmebehandelten Pechs, so daß es wünschenswert ist, die Temperatur bei 25O⁰C oder darüber zu halten. Die Agglomerate der Mesophase oder die aus Mesophase bestehende Masse, die sich am Boden des Trenngefäßes 2 abgesetzt hat, wird mittels der Pumpe 21 aus dem Trenngefäß 2 abgezogen und durch die Rohrleitung 22 dem Sammelbehälter 23 für die Mesophase zugeführt.

Das im Trenngefäß 2 verbleibende Pechgrundmaterial, welches noch eine beträchtliche Menge an Mikrokügelchen der Mesophase enthält, bildet eine aufsteigende Strömung durch die Mitte des Trenngefäßes 2 zum oberen Teil desselben, wo der untere Endbereich des aufsteigendes Rohres 4 in das Trenngefäß eingesetzt ist. Das aufsteigende Pechgrundmaterial wird durch das aufsteigende Rohr 4 in das Wärmebehandlungsgefäß 1 gesaugt.

Die Kraft, mit der das Pechgrundmaterial nach oben gesaugt wird, entsteht durch die viskose mitreißende oder induzierende Wirkung des als Ausgangsmaterial benutzten Schweröls, welches aus der Abgabespitze 5a der Ölzufuhrleitung 5 und durch die Verengung 4a des aufsteigenden Rohrs 4 gespritzt wird. Diese Wirkung ist ähnlich wie die eines Sauggerätes oder einer Düsen- bzw. Strahlpumpe. Um an der Abgabespitze 5a eine hohe Einspritzenergie zu erhalten, damit das Pechgrundmaterial einem starken Sog ausgesetzt wird, ist die Abgabespitze 5a vorzugsweise in Form einer Düse verengt, wie als Beispiel in Fig. 4 gezeigt ist.

Die im Sammelbehälter 2 3 gespeicherte Masse aus Mesophasen-Kohlenstoff wird unmittelbar so wie sie ist oder nach einer Nachbehandlung als kohlenstoffhaltiges Ausgangsmaterial oder für andere Zwecke verwendet. Bei einer möglichen Nachbehandlung wird die Masse aus Mesophasen-Kohlenstoff erneut auf eine Temperatur im Größenordnungsbereich von 35 0⁰C erhitzt, um den chinounlöslichen Bestandteil auszuschwitzen, damit sein Anteil geringer wird. Die Zentrifugalabscheidung und das Auswaschen mit Solventnaphtha sind Beispiele für weitere mögliche Nachbehandlungen.

Andererseits kann das Mikrokügelchen der Mesophase enthaltende Pech, welches im Pechtank 14 aufgefangen wird, z.B. als Bindepech benutzt werden oder erneut dem Wärmebehandlungsgefäß 1 zugeführt werden, um einem weiteren thermischen Cracken und einer Polykondensation unterworfen zu werden.

Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß ein Merkmal der Vorrichtung gemäß der Erfindung zum Erzeugen einer Masse aus Mesophasen-Kohlenstoff darin besteht, daß die Anzahl mechanischer Antriebsvorrichtungen, wie Pumpen, die unmittelbar auf viskose Fluide von hohen Temperaturen einwirken und diese antreiben, gering ist. Wenn nötig, kann jedoch in das absteigende Rohr 3 ein Strömungsmesser eingesetzt werden, der die Menge

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des umlaufenden Pechs mißt. Hierzu kann ein Strömungsmesser benutzt werden, bei dem Meßbereich und Anzeigebereich für den Durchsatz mechanisch getrennt sind.

Im einzelnen weist dieser Strömungsmesser eine schwingende Widerstandsplatte auf, die im Strömungsweg des in einem Rohr fließenden Fluids schwingend abgestützt ist, sowie einen an der Widerstandsplatte angebrachten Magneten, eine außerhalb des Rohres schwingend abgestützte Magnetnadel, auf die die Magnetkraft des Magneten einwirkt, sowie eine Einrichtung, die den Ausschlag der Magnetnadel abliest, welche der Schwenkbewegung der schwingenden Widerstandsplatte in Übereinstimmung mit dem Strömungsdurchsatz des Fluids folgt.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Beispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und der Betriebsweise derselben zum Erzeugen einer Masse aus Mesophasen-Kohlenstoff näher erläutert werden.

Beispiel

Die Herstellung einer Masse aus Mesophasen-Kohlenstoff aus einem durch katalytisches Cracken erhaltenen Schweröl, welches als Rückstand nach Abtrennen des Katalysators verblieben ist, wurde mit einer Vorrichtung im wesentlichen gemäß Fig. 1 durchgeführt .

Der Innendurchmesser des Wärmbehandlungsgefäßes 1 betrug ca. 300 mm. Das Trenngefäß 2 hatte die Gestalt eines umgekehrten Kegels mit einer Höhe von 500 mm, am Boden einen Innendurchmesser von 100 mm und am oberen Ende einen Innendurchmesser von 250 mm und zwar zusätzlich im oberen Bereich mit einem vertikalen Zylinder einer Höhe von 200 mm versehen. Das absteigende Rohr 3 hatte einen Innendurchmesser von 41,2 mm und eine Länge von 1,2 m, und das aufsteigende Rohr 4 einen Innendurchmesser von 41,2 mm und an einer Zwischenstelle eine

Verengung mit einem Innendurchmesser von 10 mm. Der Innendurchmesser der ölzufuhrleitung 5 für das Ausgangsmaterial betrug 4 mm, und der Düsendurchmesser an der Abgabespitze 5a der Ölzufuhrleitung betrug 1 mm.

Das als Ausgangsmaterial verwendete Öl wurde mittels der Pumpe 7 aus dem öltank 8 durch die Ölzufuhrleitung 5 und das aufsteigende Rohr 4 in das Wärmebehandlungsgefäß mit einem Durchsatz von 300 g/s zugeführt. Die Temperatur im Inneren des Wärmebehandlungsgefäßes 1 wurde auf 430⁰C gehalten. Bei einer durchschnittlichen Verweilzeit von ca. 3 Stunden im Wärmebehandlungsgefäß 1 wurde darin Pech gebildet, welches Mikrokügelchen der Mesophase als chinolinunlösliehen Bestandteil in einer Menge von 3,7 % enthielt. Das Pech (mit einer Viskosität von 130 cSt bei 2 00⁰C) wurde durch das absteigende Rohr 3 dem Trenngefäß zugeführt, wobei sein Durchsatz durch Anheben und Absenken der Stange 10 auf 15 l/min gesteuert war.

Die Differenz im Pegel der Flüssigkeitsoberflächen im Wärmebehandlungsgefäß 1 und im Trenngefäß 2 betrug ca. 2,3 m. Die Strömungsgeschwindigkeit des Pechs im absteigenden Rohr 3 stellte sich auf 18,8 cm/s ein, was etwa der tangentialen Strömungsgeschwindigkeit entsprach, die im Trenngefaß 2 erhalten wurde. Mit einer Vorrichtung gemäß diesem Beispiel konnte zwar der Durchsatz durch das absteigende Rohr 3 auf ca. 30 l/min angehoben werden (oder eine Pechströmungsgeschwindigkeit von 37 cm/s), jedoch wurde der Durchsatz auf 15 l/min reguliert, was sich als geeignet erwies, um eine gute Trennwirkung zu erhalten.

Die Temperatur im Innern des Trenngefäßes 2 wurde auf ca. 42 0⁰C eingestellt. Vom Boden des Trenngefäßes 2 wurde eine Masse aus Mesophasen-Kohlenstoff mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 2 0 g/min abgezogen.

Aus dem unteren Ende des aufsteigenden Rohres 4 wurde Pechgrundmaterial (welches noch 3,1 % eines chinolinunlösliehen

Bestandteils enthielt) durch die Düsenpumpwirkung des aus der Abgabespitze 5a der Ölzufuhrleitung 5 eingespritzten Öls nach oben gezogen und floß mit einer Geschwindigkeit von ca. 15 1/ min durch das aufsteigende Rohr 4, wodurch es in das Wärmebehandlungsgefäß 1 geleitet wurde. Die Strömungsgeschwindigkeit des als Ausgangsmaterial verwendeten Öls, welches aus der Abgabespitze 5a eingespritzt wurde, betrug 106 0 cm/s.

Durch die Rohrleitung 17 wurde ein einen Gasbestandteil enthaltendes, gecracktes Leichtöl mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 175 g/min abgezogen, während durch die Rohrleitung Pech, welches Mikrokügelchen der Mesophase enthielt, mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 105 g/min abgezogen wurde.

Die Masse aus Mesophasen-Kohlenstoff, die vom Boden des Trenngefäßes 2 abgezogen wurde, hatte einen Gehalt an einem chinolinunlöslichen Bestandteil von 70,6 %, einen Gehalt an einem flüchtigen Bestandteil von 34,2 % und ein C/H-Atomverhältnis von 1,70. Durch ein Polarisationsmikroskop mit einer 170-fachen Vergrößerung photographiert hatte diese Mesophasen-Masse das in Fig. 5 erkennbare Aussehen, welches zeigt, daß die gesamte Oberfläche aus einer optisch anisotropen Substanz besteht.

Obgleich dieser experimentelle Betrieb nur mit einer Vorrichtung von geringen Abmessungen durchgeführt wurde, zeigen die Ergebnisse des hier beschriebenen Beispiels, daß es möglich ist, mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung in großindustriellem Maßstab kontinuierlich eine Masse aus Mesophasen-Kohlenstoff zu erzeugen.

Die Möglichkeit einer kontinuierlichen Produktion auf stabile und zuverlässige Weise mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist den Hauptmerkmalen dieser Vorrichtung zuzuschreiben, die sich wie folgt zusammenfassen lassen:

a) Die Trennvorrichtung bzw. das Trenngefäß ist unmittelbar unterhalb des Wärmebehandlungsgefäßes angeordnet, wodurch Verkokungsschwierigkeiten vermieden werden, die sich am Boden des Wärmebehandlungsgefäßes und in den Rohrleitungen als problematisch erweisen könnten.

b) Durch die Wahl einer Strahl- bzw. Düsenpumpe zum Umwälzen des Pechs können Schwierigkeiten vermieden werden, die sich bei der Förderung von Fluiden hoher Temperatur und hoher Viskosität einstellen können.

c) Durch die Wahl einer Vorrichtung zum Verstellen der Öffnungsfläche am oberen Ende des aufsteigenden Rohres statt eines üblichen Rohrleitungsventils für die Steuerung des Durchsatzes an Pech, können Schwierigkeiten, wie das Zusetzen von Ventilen, vermieden werden.

d) Durch die Verwendung eines zyklonartigen Trenngefäßes zum Zusammenfließen und Agglomerieren der Mikrokügelchen der Mesophase kann auch hier die Verwendung einer mechanischen Vorrichtung, beispielsweise einer Rührvorrichtung, vermieden werden.

e) Insgesamt ist die Verwendung mechanischer Vorrichtungen für den Transport viskoser Fluide soweit wie möglich vermieden, so daß die bei der Förderung viskoser Fluide von hoher Temperatur entstehenden Schwierigkeiten nicht auftreten.

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Claims

Ansprüche

1. Vorrichtung zum Erzeugen einer Masse aus Mesophasen-Kohlenstoff, gekennzeichnet durch - ein Wärmebehandlungsgefäß (1) zur Wärmebehandlung eines

Schweröl-Ausgangsmaterials zwecks Bildung von Pech, welches

Mikrokügelchen der Mesophase enthält;

- ein Trenngefäß (2) in Gestalt eines umgekehrten Kegels, das unterhalb des Wärmebehandlungsgefäßes angeordnet ist und so arbeitet, daß die in dem aus dem Wärmebehandlungsgefäß (1) in das Trenngefäß (2) eingeführten, Pech enthaltenden Mikrokügelchen der Mesophase verschmelzen und dadurch die Mikrokügelchen der Mesophase von dem Pechgrundmaterial abgetrennt werden;

- ein absteigendes Rohr (3), durch das das Pech, welches die Mikrokügelchen der Mesophase enthält, aus dem Wärmebehandlungsgefäß (1) in das Trenngefäß (2) eingeführt wird;

- ein aufsteigendes Rohr (4), durch das das Pechgrundmaterial, aus dem die Mikrokügelchen der Mesophase im Trenngefäß (2) entfernt wurden, in das Wärmebehandlungsgefäß (1) eingeführt wird;

- und eine ölzufuhrleitung (5) für das Ausgangsmaterial, die am stromaufwärts liegenden Ende mit einem öltank (8) verbunden ist, zu dem eine Pumpe (7) für das Ausgangsmaterial gehört, und die am stromabwärts liegenden Ende in das aufsteigende Rohr

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eingesetzt ist, wobei der untere Endbereich des absteigenden Rohrs (3) mit der oberen Seitenwand des Trenngefäßes (2) in tangentialer Richtung verbunden ist, das aufsteigende Rohr (4) mit seinem unteren Endbereich koaxial in einen mittleren Teil des Trenngefäßes eingesetzt ist und an einer Zwischenstelle eine Innenwandflächenform mit einer Verengung (4a) hat, die einen eingeengten Innendurchmesser aufweist, und wobei die äußerste stromabwärtsliegende Spitze der Ölzuführleitung (5) koaxial innerhalb der Verengung (4a) und in der Nähe derselben angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet , daß die Öffnungsfläche des oberen Endes des aufsteigenden Rohres (4), welches in das Wärmebehandlungsgefäß (1) eingesetzt ist, mittels einer Vorrichtung (11) verstellbar ist, wobei der Durchsatz des als Ausgangsmaterial verwendeten Schweröls und des Pechgrundmaterials in das Wärmebehandlungsgefaß steuerbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet , daß die Vorrichtung (11) eine vertikale rohrförmige Konstruktion (9) mit einem offenen unteren und einem geschlossenen oberen Ende aufweist, das das obere Ende des aufsteigenden Rohrs (4) mit einem bestimmten radialen Spiel aufnimmt, und daß mit der rohrförmigen Konstruktion (9) eine Vorrichtung verbunden ist, die von außerhalb des Wärmebehandlungsgefäßes (1) so betätigbar ist, daß die rohrförmige Konstruktion anhebbar und absenkbar ist, wobei die Öffnungsfläche des oberen Endes des aufsteigenden Rohres verstellbar ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß eine Pumpe (21) vorgesehen ist, die agglomerierte Mesophase aus dem Bodenbereich des Trenngefäßes (2) abzieht.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet , daß eine Vorwärmvorrichtung vorgesehen ist, die die Ölzuführleitung (5) von außen erwärmt.