DE552466C - Verfahren zur Herstellung von Russ und Chlorwasserstoff - Google Patents

Description

• Verfahren zur Herstellung von Ruß und Chlorwasserstoff Die Erfindung will gleichzeitig Kohlenstoff (Ruß) und Chlorwasserstoff herstellen, und zwar aus kohlenwasserstoffhaltigen Gasen oder Dämpfen, wie z. B. Kohledestillationsgasen, Naturgasen, Krackgasen, verdampften Kohlenwasserstoffen u. dgl., und aus Chlorgas. Die beiden Gase sollen in einer Flamme vereinigt werden, die in der freien Luft brennt.
• Man hat bereits vorgeschlagen, Ruß durch eine Reaktion zwischen Chlor und kohlenwasserstoffhaltigen Gasen herzustellen. Das gecchali in der Weise, daß man Chlor in einer Atmosphäre von Kohlenwasserstoffen in einem geschlossenen Raume derart verbrannte, daß der Zutritt von Luft zum ganzen Raune möglichst ausgeschlossen war. Außer dem gewünschten Ruß werden sich hierbei Kohlenwasserstofichloride gebildet haben, die unerwünscht waren und zu Verlust gingen.
• Andererseits hat man schon Ruß durch thermische Zersetzung von Kohlenwasserstoffeil hergestellt. Hierbei verbrannte man in einer inneren Flamme Kohlenwasserstoffe unvollkommen, indem man die innere Flamme durch eine weit von ihr abgerückte äußere Ringflamme aus Kohlenwasserstoffen, die an der Luft verbrannten, umgab. Durch die äußere Ringflamme schloß man also die innere Flamme möglichst vom Luftzutritt ab, um innen die unvollkommene Verbrennung zu begünstigen.
• Das zuletzt genannte ältere Verfahren beruht auf der Reaktion C H4 y C -E- z H-Demgegenüber schlägt die Erfindung ein neues Verfahren zur Ausführung der Reaktion C H4 -f - a Cl. -> C -f- ..I H Cl vor, um zwei nutzbare " Erzeugnisse unter technisch und wirtschaftlich günstigen Bedingungen herzustellen.
• Die Ausführung der Reaktion zwischen Chlor und Kohlenwasserstoff nach dem zuerst erwähnten älteren Verfahren war nicht nur schwierig und ungünstig, sondern auch gefährlich. In dem geschlossenen Raume sind die Brenner nicht zugänglich, weshalb sehr leicht Verstopfungen an ihnen eintreten, die auch die Gefahr von Explosionen herbeiführen. Wenn nach einer Betriebspause bei Wiederingangsetzung der Vorrichtung Verstopfungen vorliegen, ist mit Explosionen sicher zu rechnen. Ein weiterer sehr erheblicher Mangel dieses älteren Verfahrens besteht darin, daß das gewünschte Erzeugnis - der Ruß - durch chlorierte Kohlenwasserstoffe verunreinigt ist.
• Demgegenüber will die Erfindung die Verbrennung des Chlor-Kohlenwasserstoff-Getnisches nicht in einem geschlossenen Raume, sondern an der freien Luft vornehmen. Zwecks Rußbildung soll dabei nur von außen her Luft an die Flamme herantreten können, so daß im Flammeninneren eine unvollkommenere Verbrennung stattfindet. Das Prinzip, welches man bei der bloßen thermischen Zersetzung von Kohlenwasserstoffen schon vorgeschlagen hat, soll also auf die Reaktion zwischen Chlor und Kohlenwasserstoffen angewendet werden. Die Erfindung erzielt sehr beachtliche Vorteile. Da die Flamme in der freien Luft brennt, ist sie jederzeit leicht und bequem zugänglich. Eine Verstopfung der Brenner durch Ruß ist nicht zu befürchten, und die Gefahr von Explosionen besteht nicht. Außerdem ist der gewonnene Ruß praktisch von Verunreinigungen frei. Er ist dem amerikanischen Gasschwarz an Reinheit und allgemeinen Eigenschaften sehr ähnlich und stellt einen äußerst wertvollen Stoff für Druckfarben usw. dar. Das neue Verfahren ist weit ergiebiger als die bekannten Arbeitsweisen, denn es liefert im Durchschnitt etwa 65 °;o der theoretischen Ausbeute, berechnet auf die Gesamtmenge des benutzten Methans.
• Bei der Ausführung des neuen Verfahrens kann man so vorgehen, daß man das Chlor durch ein inneres Brennerrohr und das Kohlenwasserstoff enthaltende Gas durch einen Ringspalt austreten läßt, der das innere Brennerrohr umgibt. Statt dessen kann man aber auch besonders vorteilhaft das Chlor und das kohlenwasserstoffhaltige Gas vorher mischen und das fertige Gemisch durch ein einziges Brennerrohr austreten lassen. Ein geeignetes Verhältnis ist beispielsweise 2 Volumenteile Chlor zu 3 Volumenteilen kohlenwasserstoffhaltigen Gases.
• Von praktischer Wichtigkeit ist es, die Gase oder das Gemisch mit genügender Geschwindigkeit austreten zu lassen, um ein Zurückschlagen der Flamme zu verhindern. Ein Gasgemisch der angegebenen Zusammensetzung soll z. B. in einer stündlichen Menge von etwa i 5o 1 durch ein Brennerrohr von min Durchmesser ausströmen. Die Gastemperatur ist gewöhnlich die Außenluftteinperatur. Man kann aber auch mit einer gewissen erhöhten Temperatur arbeiten.
• Ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Ausübung des neuen Verfahrens und der daran anschließenden Arbeitsgänge ist auf der Zeichnung dargestellt.
• Eine NTischkainmer i, die eine geeignete Füllung 2, etwa aus Stücken von gebranntem Ton, Steingut o. dgl., enthält, empfängt durch Rohre 3 und .4 das Chlorgas und das kohlenwasserstoffhaltige Gas. Die Gase mischen sich in der Kammer r, treten durch das Brennerrohr 5 aus und werden an der Mündung desselben entzündet. Die Flamme ist in ihrer Außenschicht der Luft ausgesetzt, sie besteht aus einem inneren Kern 6 und einem äußeren Mantel 7. Der Kohlenstoff steigt in den Verbrennungsprodukten als Rauch auf, der bei 8 angedeutet ist.
• Die Außenluft kann bei 9 zur Flamme treten. Ferner kann das Brennerrohr 5 mittels einer Stellschraube io in der Mitte des Durchgangsstutzens im Boden des Zylinders oder der Haube i i so zentriert sein, daß auch durch den das Rohr umgebenden Ringraum noch Luft zur Brennermündung hinaufströmt.
• Die Haube i i sammelt den Ruß und die Gase und führt sie in das Filter 12 über. Unter dem Filter befindet sich eine durch Ventile 13 und 14. o. dgl. oben und unten abgeschlossene Kammer 15, in welcher der Ruß gesammelt wird. Der in der Schwebe befindliche Ruß kann durch Absetzen, elektrostatische Abscheidung usw. oder Kombinationen von Hilfseinflüssen abgetrennt werden.
• Der Chlorwasserstoff tritt aus dem Filter 12 durch das Rohr 16 in den Berieselungskondensator 17 über. Hier wird der Chlorwasserstoff durch Wasser niedergeschlagen und in dem Wasser gelöst. Die Lösung fließt am unteren Ende des Berieselungskondensators ab. Die übrigen Gase, wie Kohlendioxyd USW., werden bei 18 abgeführt.
• Die in der Flamme 6, 7 vor sich gehenden Reaktionen sind wahrscheinlich sehr verwikkelt. Anscheinend gehen dieselben wie folgt vor sich:

  i. In der Mitte der Flamme

  CH, + 2 Cl,-->- C + 411C1

  H2 + C12 > 2 H Cl,

  2. am Rande der Flamme

  CH4 -+- 2 02 C02 + 2 H20

  2 H2 -+- 02 -'. 2 H2 0.

  Bei anderen etwa anwesenden Kohlenwasserstoffen treten vermutlich ähnliche Reaktionen auf. Ruß und Chlorwasserstoffgas werden durch die unter i im Kern 6 der Flamme eintretenden Vorgänge gebildet.
• In der Hülle 7 der Flamme reagieren Kohlenwasserstoff und Wasserstoff mit dem Sauerstoff der Luft. Die dabei entstehenden Verbrennungsgase wirken als Schutzhülle zur Verhinderung des Zutrittes von Sauerstoff zum Flammenkern 6. Die Verbrennung ist in der Hülle 7 mehr oder weniger vollständig. Obgleich - dadurch ein Verlust an Methan durch Bildung von Kohlendioxyd entsteht, ist die Ausbeute an Ruß erheblich größer als bei der bloßen thermischen Zersetzung von Kohlenwasserstoffen inAbwesenheitvonChlor.
• Der gesamte Verbrennungsvorgang liefert Ruß, Chlorwasserstoffsäure, Wasser und Kohlendioxyd. Beispiel i :2; o 1 Kohlengas, die 27,2 °;'o Methan und 4.1,7 °1'o Wasserstoff enthalten, wurden in einem der Beschreibung entsprechenden Brenner mit 2io 1 Chlor verbrannt. Es wurden 2o g Ruß zusammen mit ,420 1 gasförmiger Chlorwasserstoffsäure gewonnen. Nach 3stündiger Erhitzung bei ioo° in Luft hatte der Ruß nur folgende Nebenbestandteile:

  Asche .................. 0,07 0, o'

  Feuchtigkeit............. nichts,

  Säure .................. nichts,

  auszugsfähige Stoffe ...... o,8 0i0.

  Der mutmaßliche Verlauf der Reaktionen «-ar bei der Verbrennung des Chlor-Kohlenwasserstoff-Gemisches etwa folgender:

  a) CH4 -f- 2 C12 ->- C -[- 4 H Cl

  3731 7461 20 g 149,2 1,

  b) CH4 -[- 202 _ C02 -f- 2 H20

  36,11 72,21 ' 36,11 72,2 1,

  c) HZ + C12 2 HCl

  135 1 135 1 r 2701,

  d) 2 HZ -f- 02 2 H20

  18,51 9,21 r 18,51.

  Die Cesaintsalzsäure (etwa 420 1) wird aus 14g,21 von der Reaktion a und 27o 1 von der Reaktion c gebildet.

  Beispiele

  3oo 1 Kohlengas von der Zusammensetzung

  Methan ................. 25 ,20,o.

  Wasserstoff .............. 45,6 010,

  Stickstoff ............. 14,601e0,

  Kohlenoxyd ............. 8,6010,

  Äthylen ................ 2,604,

  Kohlendioxy2 0

  l o,

  Sauerstoff ............... 1,40,o

  wurden mit 28o 1 Chlor in der oben beschriebenen Vorrichtung gemischt und aus der offenen Düse an der freien Luft verbrannt. Aus den Verbrennungsprodukten wurden 26 g Ruß abgetrennt. Der gebildete Chlorwasserstoff wurde in Wasser absorbiert und ergab 2,36 kg 360/'oiger Salzsäure.
• Nach 3stündigem Erhitzen bei einer Temperatur von ioo bis iio° C in der Luft hatte der Ruß nur folgende Nebenbestandteile:

  Asche ............. o,060/'0'

  Feuchtigkeit............. nichts,

  extraktionsfähige Stoffe .. 1,4 0/"

  Säure als Salzsäure...... . 0,05°/'o.

  Beispiel3 Zio 1 Naturgas, bestehend aus g20j'o Methan und 801, Wasserstoff, wurden mit 370 1 Chlor gemischt, und das Gemisch wurde, wie in Beispiel i angegeben, verbrannt. 65 g Ruß und 4. kg 280;'oiger Salzsäure wurden erhalten.

Claims (2)

1. PATEN TANSPRÜCHE: i. Verfahren zur vereinigten Erzeugung von Ruß und Chlorwasserstoff durch eine zwischen kohlenwasserstoffhaltigen Gasen und Chlor veranlaßte Reaktion, dadurch gekennzeichnet, daß man die Reaktion in einer offenen, der Luft ausgesetzten Flamme vornimmt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Gase durch einen aus ineinandergesteckten konzentrischen Rohren, durch welche die Gase getrennt hindurchtreten, bestehenden Brenner der Flamme zugeführt werden, wo die Mischung der Gase erfolgt.