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Verfahren zum Entfernen von Kohleabscheidungen in Lichtbogenöfen Bei
zahlreichen Reaktionen in Lichtbogenöfen.insbesondere solchen, bei denen kohlenwasserstoffhaltige
Gase und Dämpfe beteiligt sind, kann aus verschiedenen Gründen leicht Kohleabscheidung
auftreten, z. B. bei hoher Konzentration der beteiligten kohlenstoffhaltigen Verbindungen
oder bei kleiner Konzentration und relativ großer Ofenleistung.
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Die Kobleabscheidung führt nach kürzerer oder längerer Zeit zu ganz
empfindlichen Betriebsstörungen. Der Betriebsdruck erhöht sich, und damit ändert
sich die durchgesetzte Gasmenge und die Ofenleistung. Der Ofen muß schließlich außer
Betrieb gesetzt und gereinigt werden. Dabei ist die Entfernung des meist als Graphit
abgeschiedenen Kohlenstoffs besonders schwierig. Der auf diese Weise unter Umständen
häufig auftretende Ausfall t,on Öfen kann die wirtschaftliche Verarbeitung von Kohlenwasserstoffen
im Lichtbogen unmöglich machen.
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Man hat daher schon vorgeschlagen, z. B. durch Einhüllen der Elektroden
oder sonstigen in Betracht kommenden Ofenteile in eine nicht kohlenstoffhaltige
Gasschicht das Absetzen vom Kohlenstoff an diesen Teilen zu verhindern. Man kann
auch durch Zugabe von Sauerstoff oder Sauerstoff abgebenden Mitteln zu den zu behandelnden
Gasen vor Eintritt in den Lichtbogen den entstehenden Kohlenstoff durch Oxydieren
unschädlich machen. Diese Mittel können aber nicht immer angewandt werden; außerdem
kann ihre Anwendung unangenehme Folgen haben. So muß in beiden Fällen der Ofen für
einen größeren Gasdurchsatz bemessen sein. Es können unerwünschte Nebenreaktionen
auftreten, z. B. bei der Verarbeitung methanhaltiger Gase Oxydation von gebildetem
Acetylen. Das Reaktionsprodukt wird in wesentlich verdünnterer Form erhalten als
ohne die ständige Zugabe von Mitteln zur Verhinderung der Kohleabscheidung an der
Ofenwand öder im Gase. Soll z. B. im Lichtbogen noch Ruß hergestellt werden, so
verbietet sich die gleichmäßige Zumischung von oxydierenden Mitteln zum Ausgangsgas
von selbst.
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Es hat sich nun gezeigt, daß die Abscheidung von Kohle oder Kohlenstoff
in Lichtbogenöfen leicht beseitigt werden kann, wenn man denjenigen Teilen des Lichtbogenofens,
an denen Kohleabscheidung stattgefunden hat, mit beliebiger Einströmungsrichtung
zur Lichtbogenachse unmittelbar solche Gase, Dämpfe usw. zuführt, die durch chemische
Reaktion mit dQr entstehenden Kohle oder durch Korrosionswirkung die Abscheidung
entfernen.
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Als Gase und Dämpfe, die den Kohlenstoff durch chemische Reaktion
entfernen, kommen beispielsweise Luft, Kohlensäure, Wasserdampf u. dgl. in Betracht.
Im Falle der Zuführung von Wasserdampf kann dieser durch
Erhitzen
von Wasser mit Hilfe der Lichtbogenwärine oder der Wärme der Abgase gewonnen werden.
Man kann sogar durch Zugabe von Gasen, die im allgemeinen mit Kohlenstoff nur sehr
schwer reagieren, z. B. Wasserstoff oder Stickstoff, den Kohlenstoff von Stellen,
die dem Lichtbogen mehr oder weniger direkt ausgesetzt sind, unter Bildung von Acetylen
bzw. Cyan entfernen. Bei geeigneterWahl der zugeführten Gase oder Dämpfe hat man
daher den evtl. nicht zu unterschätzenden Vorteil, die eigentlichen Reaktionsgase
gar nicht durch unerwünschte Bestandteile verunreinigen zu müssen, da der bei der
Verarbeitung von Kohlenwasserstoffen zu Acetylen abgeschiedene Kohlenstoff z. B.
durch Wasserstoff ebenfalls in Acetylen übergeführt wird.
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Es hat sich auch gezeigt, daß man die unter dem Einfluß der elektrischen
Entladung verschieden stark auftretende korrodierende Wirkung gewisser Gase auf
feste Körper zur Entfernung der abgeschiedenen Kohle benutzen kann. Besonders stark
ist die Korrosionswirkung bei Zugabe von Kohlenoxyd.
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Die Einwirkung der zur Entfernung einer abgesetzten Kohlenstoffschicht
zugegebenen Mittel auf die abgesetzte Kohle erfolgt um so leichter, in je heißerem
Zustande diese schon in den Ofen eintreten. Zur Vorwärmung nutzt man zweckmäßig
die Lichtbogenwärme oder die Wärme der Abgase aus.
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Die Zugabe der nötigen Gase kann selbsttätig erfolgen, etwa dadurch,
daß durch den gestiegenen Betriebsdruck in einem Quecksilbermanometer ein elektrischer
Kontakt geschlossen wird, wodurch ein Drucklufthahn geöffnet wird.
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In der beiliegenden Zeichnung' sind zwei ohne weitere Erläuterung
verständliche Ausführungsformen von Lichtbogenöfen für die Ausführung des Verfahrens
dargestellt; es bedeuten-J Isolation; E spannungführende hohle oder massive Elektrode;
G hohle oder stabförmige Gegenelektrode; Z Zuführungsstelle der zu verarbeitenden
Gase; W Vorkammer; K Zuführungsstelle der Gase zur Entfernung des Kohlenstoffs;
0 Öffnungen im Ofeninnern; L Lichtbogen; A Gasausgang; MOfeninantel; Y Austrittsöffnung
der zur Entfernung des Kohlenstoffs dienenden Gase.
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Es ist zwar schon bekannt, die bei der kata-Ivtischen Herstellung
von Olefinen aus Kohlenwasserstoffen auftretenden Kohlenstoffabscheidungen durch
periodisches Einblasen von Luft in den Reaktionsraum zu entfernen. Hieraus ergibt
sich keinesfalls, daß es möglich ist, einen Lichtbogen bei diskontinuierlicher Sauerstoffzugabe
aufrechtzuerhalten. Es war vielmehr zu erwarten, daß bei jeder Zuführung von Gasen
und Dämpfen zwecks Entfernung der Kohlenstoffabscheidung der Lichtbogen infolge
der ungleichmäßigen Arbeitsbedingungen abreißen würde. Beispiel i ?Nachdem sich
bei der Herstellung von Ruß und Acetylen aus Kohlenwasserstoffen im Lichtbogen im
Innern des Ofens eine Kohlenstoffschicht abgesetzt hatte, war der Betriebsdruck
von i auf 1,5 atü gestiegen. Außerdem brannte der Bogen sehr unruhig. Nun wurde
durch im Innern des Ofens längs der Hohlelektrode g angebrachte öffnungen Sauerstoff
bzw. Luft zugegeben. Nach ganz kurzer Zeit war die abgeschiedene Kohlenstoffschicht
verschwunden und der Betriebsdruck auf i atü gefallen. Außerdem brannte der Lichtbogen
wieder ruhig.
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Dieselbe Wirkung konnte erreicht werden bei Zugabe von Stickstoff
oder Wasserstoff oder einem Gemische der beiden Gase. Bei ZugabevonKohlenoxyd war
die abgeschiedene Kohle ebenfalls in kurzer Zeit verschwunden; dabei konnte das
Wegfliegen von größeren Teilchen im Gasstrom direkt beobachtet werden.
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Beispiel 2 Zur Entfernung einer in einem Lichtbogenofen abgesetzten
Kohlenstoffschicht wurde aus in der Ofenwand angebrachten Öffnungen während des
Betriebes Wasserdampf, der in der doppelwandig ausgebildetenHohlelektrode mit Hilfe
der Lichtbogenwärme aus Wasser entwickelt worden war, zugegeben. In kurzer Zeit
fiel der auf 1,3 atü gestiegene Druck wieder auf den normalen Druck von o,9 atü.
Hinter dem Lichtbogen konnte dabei das Auftreten von Kohlenoxyd und Kohlensäure
festgestellt werden.