DE3428121A1

DE3428121A1 - Verfahren zur herstellung von eisenpulver

Info

Publication number: DE3428121A1
Application number: DE19843428121
Authority: DE
Inventors: Franz Ludwig Dr. 6700 Ludwigshafen Ebenhöch; Reinhold 6733 Hassloch Schlegel
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1984-07-31
Filing date: 1984-07-31
Publication date: 1986-02-13
Also published as: DE3428121C2; US4652305A

Description

BASF Aktiengesellschaft 3428121 O.Z. 0050/37254

Verfahren zur Herstellung von Eisenpulver

Die Herstellung von feinteiligem feinteiligem Eisenpulver durch thermische Eisenpentacarbonyl in einem von der Wand her erhitzten Hohlraum ist aus DiIP 500692 bekannt. Es entsteht feinteiliges Eisenpulver, ohne daß an feinteiliges Eisenpulver, ohne daß an der heißen Reaktorwand Eisen abgeschieden wird.

Das Verfahren nach dem Hohlraumzersetzer-Prinzip wurde vielfach verbessert und verfeinert, vor allem mit dem Ziel, spezielle Pulversorten herzustellen, die sich z.B. in der Korngröße unterscheiden.

Es ist auch bekannt durch Verdünnung des Eisencarbonyl-Dampfes (GB-PS 825 740) oder durch erhöhten Carbonyl-Durchsatz (D.P. 824 198) ein sehr feinteiliges oder durch sehr niedrigen Carbonyldurchsatz (DE-PS 833 955) ein besonders großteiliges Eisenpulver herzustellen. Auch auf die Wirkung der Temperaturführung im Reaktor wurde verwiesen (DOS 1 433 361).

Es ist weiterhin bekannt, daß man besondere, vor allem feinteilige Eisenpulver dadurch erhält, daß man die thermische Zersetzung von Eisencarbonyl in Gegenwart von Öl-Dampf (US-PS 2 6212 440), unter der Einwirkung von Schallwellen (US-PS 2 674 528) oder unter ganz bestimmten Bedingungen im Vakuum (US-PS 2 597 701) vornimmt.

Erfahrungsgemäß begrenzt unerwünschte Zersetzung von Eisencarbonyl und . damit Anscheidung von harten Eisenkrusten im Verdampfer, in der Rohrleitung vom Verdampfer zum Zersetzer und am Eintrittsstutzen die Laufzeit einer Zersetzer-Anlage. Als Maßnahme dagegen wird Kühlen des Zersetzerdeckeis vorgeschlagen (DBP 936 391).

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, bei der Durchführung des Verfahrens in einem herkömmlichen Hohlraum-Zersetzer Eisenpulver verschiedener Teilchengrößen über eine wesentlich verlängerte Betriebszeit in konstanter Qualität herzustellen.

BASF Aktiengesellschaft -^T- 3^28121 0.2. 0050/37254

Es wurde nun gefunden, daß man bei der Herstellung von Eisenpulver durch thermische Zersetzung von Eisenpentacarbonyl im Hohlraum-Zersetzer bei einer mittleren Beaufschlagung der Heizfläche mit 4 bis 8 kg Eisencarbonyl pro Quadratmeter und Stunde, Korngröße und Kornverteilung in breiten Grenzen variieren kann, wenn man die Einströmgeschwindigkeit durch Verändern des Eintrittsquerschnitts auf etwa 0,2 bis 4 kg pro Quadratmeter und Sekunde Carbonyldampf bzw. Dampf/Inertgas-Gemisch einstellt.

Vorteilhaft wird zur Erzeugung von Teilchengrößen unterhalb etwa 2 um die

2 Einströmgeschwindigkeit im Bereich über 1 kg/m .S vorzugsweise über

2 kg/qm und zur Erzeugung von Teilchengrößen über 6 μπι eine Einströmge-

2
schwindigkeit von weniger als 1 kg/m /see, vorzugsweise weniger als

0,6 kg/qm see. eingestellt.

Die gewünschte Änderung der Einströmgeschwindigkeit des Eisencarbonyldampfes kann in einfacher Weise dadurch herbeigeführt werden, indem man den Dampfeintrittsstutzen auf dem Zersetzerdeckel gegen einen solchen anderer Nennweite austauscht oder aber in einen weiten Stutzen leicht austauschbare Blechmanschetten passenden Durchmessers einsetzt. Die gegebenenfalls notwendige Ammoniakzugabe kann in den Ringraum um die Manschette eingeleitet werden. Um die gewünschte Einstellung der Produktqualität über einen langen Zeitraum, z.B. von 3000 oder mehr Betriebsstunden zu erhalten, ist es zweckmäßig den Querschnitt frei von metallischen Belägen zu halten. Dies kann durch Herabsetzen der Temperatur des kochenden Carbonyls und des Dampfes bis zum Zersetzer-Eingang erreicht werden.

Eine einfache und wirkungsvolle Maßnahme zur Herabsetzung der Verdampfungstemperatur des Metallcarbonyle besteht darin, daß man ein inertes Gas vorzugsweise Kohlenmonoxid, in die kochende Flüssigkeit einleitet. Dazu genügt eine Menge, die weit unter derjenigen liegt, die als Verdünnungsgas oder als Wärmeträger zur Produktion sehr feiner Teilchen notwendig ist, z.B. genügt es, auf 2 Volumenteile Carbonyl-Dampf ein Volumenteil Inertgas zuzugeben, und damit den Kochpunkt von Eisencarbonyl im Verdampfer von 110 auf 90°C herabzusetzen. Falls das Eisencarbonyl

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frei von Kohlendioxid ist, kann zum Herabsetzen des Kochpunktes auch das Ammoniak verwendet werden, das üblicherweise im Zersetzer zugegen wird.

Durch die Einleitung von Inertgas in das kochende Eisencarbonyl kann der jeweils eingesetzte Eintrittsquerschnitt des Zersetzers frei von Belägen und somit konstant gehalten werden. Dadurch kann auch die Betriebszeit des Verdampfers und des Zersetzers erheblich verlängert und Wartungskosten eingespart werden.

Von dem insgesamt für die Zersetzung von Eisencarbonyl in Frage kommenden Bereich der Beaufschlagung des Zersetzers führt die Arbeitsweise unterhalb des erfindungsgemäßen Bereichs zur Abscheidung von Eisen an der Heizfläche und der darüber liegende Bereich bei sehr hoher Heizflächenbelastung zu einem carbonylfeuchten Pulver mit teilweise hohem Kohlenstoffgehalt. Die· betriebssichere Beaufschlagung liegt zwischen 4 und 8 kg Eisencarbonyl pro Quadratmeter Heizfläche und Stunde.

Für die Durchführung der Beispiele wird ein Hohlraum-Zersetzer üblicher Bauart mit Im Innendurchmesser und 5 m Länge benutzt, der von außen mit Heißluft beheizt wird. Der plane Deckel hat zentral einen Stutzen von 300 mm Durchmesser und 300 mm Höhe, in dessen oberen Flansch Blechmanschetten mit Bördel zur Veränderung des Eintrittsquerschnitts eingeklemmt werden. Der Carbonylverdampfer hat eine Dampfschlange von 2 qm Heizfläche. Die Einström-Geschwindigkeit wird in kg pro Quadratmeter und Sekunde angegeben, da die Wirkung des Kohlenmonoxid seiner Masse, nicht seinem Volumen, entspricht.

Beispiel 1

Der Eintrittsquerschnitt von 300 mm Durchmesser wird nicht durch einen Einsatz verengt. Im Verdampfer werden 77 kg/h Eisencarbonyl verdampft. Dies entspricht einer Eintrittsgeschwindigkeit von 0,3 kg/m s und einer

2
Heizflächenbelastung von 4,9 kg/m h. Die Innentemperatur beträgt 260 bis

ο
280 C. Das ausgeschleuste Eisenpulver hat eine mittlere Teilchengröße von

7 bis 8 μπι und einen C- und N-Gehalt von jeweils 0,7 %. Das Pulver ist

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frei von schwammigen oder harten Anteilen. Nach einer Betriebszeit von etwa 1300 Stunden verändert sich die Pulver-Qualität, die Teilchengröße geht auf 5 bis 6 um zurück. Nach einer Betriebszeit von 2150 Stunden wird der Zersetzer zur Reinigung abgestellt. Der Querschnitt des Zersetzereingangs ist durch unregelmäßige Beläge verengt. Die 70 kg schwere, harte Eisenkurste des Verdampferrohres wird abgeschlagen.

Arbeitet man unter gleichen Bedingungen und leitet unter die Oberfläche des siedenden Carbonyls 4,5 Kubikmeter CO ein, was etwa 50 % des Volumens des Carbonyldampfes entspricht, so erhöht sich die Eintrittsgeschwindig-

2
keit auf 0,32 kg/m see, die mittlere Teilchengröße des Eisenpulvers fällt nur geringfügig auf 6,5 bzw. 7,5 um ab. Diese Teilchengröße bleibt praktisch über die gesamte Laufzeit von Zersetzer und Verdampfer, 3144 Stunden konstant. Die Verdampfer-Temperatur ist bis fast gegen Ende der Laufzeit unter 95°C, der Belag der Verdampferschlange wiegt nur etwa 50 kg.

Das Beispiel belegt die Wirkung der unbeabsichtigten Querschnittsveränderungen und die Wirkung der Kochpunkt-Absenkung.

Beispiel 2

Der Zersetzer-Eingang wird durch eine in den 300 mm-Stutzen eingeklemmte Blechmanschette auf 200 mm verengt. In den Ringraum zwischen Stutzen und Manschette werden 2,5 m Ammoniak eingeleitet, in den Verdampfer wiederum 77 kg/h Eisencarbonyl und 4,5 m CO. Dies entspricht einer Eintrittsge-

2 ο

schwindigkeit von 0,73 kg/m s. Bei 270 bis 290 C im Zersetzer fällt ein Eisenpulver mit durchschnittlich 5,5 micron Teilchengröße und jweils 0,7 % N und C an. Bei Erhöhung der Carbonyl-Menge auf 100 kg/h entspre-

2
chend 0,93 kg/m s geht die mittlere Teilchengröße auf 3,8 um zurück.

Freies Eisencarbonyl ist im Pulver nicht nachweisbar. Beispiel 3

Der Zersetzer-Eingang wird durch eine Blechmanschette von 100 mm Durchmesser verengt. Bei einem Durchsatz von 100 kg/h Eisencarbonyl und

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6,0 Kubikmeter CO im*Verdampfer sowie 2,5 Kubikmeter Ammoniak im Ringraum um die Blechmanschette fällt bei 270 bis 290⁰C ein Eisenpulver mit einer Teilchengröße von durchschnittlich 1,6 bis 1,9 um an. Die Eintrittsge-

, 2 schwindigkeit bei diesem Versuch beträgt 3,8 kg/m s, die Belastung der Heizfläche 6,4 kg Eisencarbonyl pro Quadratmeter und Stunde.

Die Beispiele 1, 2 und 3 zeigen die vorteilhafte Betriebsweise im beanspruchten Bereich.

Der Zersetzer-Eingang wird nun durch eine in den Flansch eingeklemmte Blechmanschette auf 200 mm Durchmesser verengt. Der Durchsatz von 50 kg

2 Eisencarbonyl/h entspricht einer Eintrittsgeschwindigkeit von 3,44 kg/m s

und einer Heizflächenbelastung von 3,2 kg/qm h. In den Zersetzer werden

3
2,5 m Ammoniak eingeleitet, die Temperatur wird im Bereich von 250 bis 26O⁰C gehalten. Dabei fällt ein Eisenpulver mit 7 bis 8 pm durchschnittlicher Teilchengröße an, das 10 bis 20 % grobe, harte Anteile über 90 pm Teilchengröße enthält. Diese Arbeitsweise zeigt die Nachteile einer zu niedrigen Heizflächenbelastung auf·

Claims

BASF Aktiengesellschaft 34-28121 °·ζ· 0050/37254 Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Eisenpulver durch thermische Zersetzung von Eisenpentacarbonyl im Hohlraum-Zersetzer bei einer mittleren Beaufschlagung der Heizfläche von 4 bis 8 kg Eisencarbonyl pro Quadra tmetet und Stunde, dadurch gekennzeichnet, daß die Einströmgeschwindigkeit durch verändern des Eintrittsquerschnitts auf etwa 0,2 bis 4 kg pro Quadratmeter und Sekunde Carbonyldampf bzw. Dampf/Inertgas-Gemisch eingestellt wird.
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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man unter die Oberfläche des verdampfenden Eisencarbonyls eine solche Menge Inertgas, bevorzugt Carbonmonoxid, einleitet, daß deren Volumen etwa 10 bis 300 %, bevorzugt 40 bis 100 %, des Volumens des Carbonyldampfes beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man zur

Einstellung einer Teilchengröße von unterhalb ca. 2 μπι die Einström-

2 2

geschwindigkeit im Bereich über 1 kg/m s bevorzugt von über 2 kg/m s einstellt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Einstellung einer Teilchengröße über 6 μπι eine Strömgeschwindigkeit von

2 2

weniger als 1 kg/m s bevorzugt von weniger als 0,6 kg/m s einstellt . ■

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