DE584538C - Verfahren zur gleichzeitigen Gewinnung von Russ und reinem Wasserstoff - Google Patents

Description

• Verfahren zur gleichzeitigen Gewinnung von Ruß und reinem Wasserstoff Die Gewitmung von Ruß aus Koblenwasserstoffen, insbesondere aus Methan, durch thermische Zersetzung ist bekannt. Die bekannten Verfahren arbeiten in der Weise, daß die Kohlenwasserstoffe in von außen erhitzten Retorten oder durch überleiten über hocherhitzte Körper mittels Wärme gespalten werden.
• Die Wärmeübertragung an das zu spaltende Gas erfolgt hierbei von der Wandung der Retorte aus oder beim Überleiten über hocherhitzte Körper. Es findet also die Spaltung an der Oberfläche eines festen Körpers statt. Hierbei setzt sich jedoch der frei gewordene Kohlenstoff an diesen fest und scheidet sich nicht als fein verteilter Ruß ab, sondern nimmt durch das Verbleiben in der heißen Zone mehr oder minder graphitartige oder retortenkohlenartige Form an. Ein derartiger Ruß ist aber für viele Verwendungszwecke, besonders in der Gummiindustrie, nicht verwendbar.
• Um diese Nachteile zu vermeiden, ist auch schon vorgeschlagen, die Spaltung von Kohlenwässerstoffen mit hocherhitzten Gasen, vornehmlich Verbrennungsgasen, als Wärmeträger gemischt, vorzunehmen. Diesen Arbeitsmethoden haftet der große Nachteil an, daß der bei der Spaltung frei werdende Wasserstoff nicht in reiner Form gewonnen wird, sondern stets mit den zugeführten Gasen Kohlenoxyd u. dgl. gemischt ist. Ferner wird die Qualität des Rußes dadurch sehr beeinträchtigt, daß dieser nicht in absolut trockener Form, sondern mehr oder minder feucht erhalten wird. Auch können bei den zuletzt beschriebenen Arbeitsmethoden leicht Explosionen eintreten.
• Diese den bisher bekannten Verfahren anhaftenden Nachteile vermeidet .nun vorliegende Erfindung und ermöglicht die gleichzeitige Gewinnung eines äußerst fein verteilten, absolut trockenen, sehr deckkräftigen, tiefschwarzen Rußes, der ohne jegliche Beimengungen von graphitartigen oder retortenkohlenartigen Kohleteilchen ist, und eines praktisch reinen Wasserstoffes ohne eine Beimengung von Fremdgasen und ohne daß hierbei Nebenreaktionen auftreten oder die Kohlenwasserstoff e verbrennen.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung wird Wasserstoff in einer geschlossenen Retorte von außen hoch erhitzt und dann bei einer Temperatur, bei welcher noch keine Spaltung eintritt, mit vorgewärmtem Kohlen-,vasserstoff in einer Mischdüse derartig gemischt, daß hierbei die Temperatur nur sehr wenig oberhalb der Spalttemperatur liegt. Die Spaltung erfolgt vollkomm,enf,amrnenlos.s?ofortb@eim Zusammentreffen des hocherhitzten Wasserstoffes mit dem zu spaltenden Kohlenwasserstoff in einer verhältnismäßig sehr kleinen heißen Zone. Aus dieser wird durch die hohe Strömungsgeschwindigkeit der Gase der in diesen schwebende, ;als fein verteilter Ruß abgeschiedene Kohlenstoff sofort entfernt, so daß keine graphitartigen .oder. retortenkQhlenartigen Umbildungen durch Wärmewirkung eintreten können. Der bei der Spaltung der Kohlenwasserstoffe frei werdende Wasserstoff ist vollkommen rein, und ein Teil wird nach Erhitzung erneut der Zersetzungskammer zugeführt, während der andere Teil als solcher gewonnen werden- kann.
• Eine Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens ist auf der beiliegenden Zeichnung dargestellt.
• Der zu spaltende Kohlenwasserstoff, z. B. Methan, tritt durch a ein und wird durch den in oder auch um der Zersetzungskammer b (Feg. i) öder auch in den Abzuggasen der Brennkammer c (Feg. 2) eingebauten Vorwärmer d vorgewärmt und in dem vorgewärmten Zustande durch das Rohr o der 1VIischdüsee zugeführt. In der Brennkammer c wird in dem Erhitzer f Wasserstoff in solcher Menge auf die notwendige hohe Temperatur erhitzt und wird nach erfolgter Mischung mit dem vorgewärmten zu spaltenden Kohlenwasserstoff auf die für die Spaltung erforderliche Temperatur gebracht. Der erhitzte Wasserstoff wird von dem Erhitzer i durch die Rohrleitung g ebenfalls der Mischdüse e zugeführt. Hier mischt sich der @erhitzte Wasserstoff mit dem zu spaltenden Kohlenwasserstoff, und es wird nun dem Gasgemisch der Spaltkammer zugeführt, wo es in seine Komponenten Kohlenstoff und Wasserstoff zerfällt. Der Kohlenstoff scheidet sich hierbei als fein verteilter, frei im Raume schwebender Ruß ,aus und gelangt mit dem Wasserstoff in die Trennkammern. Es wird nun durch bekannte Einrichtungen, wie Siebe o. d-1., der Ruß aus dem Wasserstoff abgesondert und bei h entnommen.
• Der Wasserstoff tritt bei l aus und gelangt zum Teil wieder durch das Rohr tz zur erneuten Erhitzung in den Erhitzer f, während der andere Teil bei p anderweitiger Verwendung zugeführt wird.
• Die Beheizung der Brennkammer kann mittels jedes beliebigen Brennstoffes, z. B. durch den überschüssigen Wasserstoff, welcher durch den Brenner l zugeführt wird, erfolgen. Verbrennungsprodukte können nicht in den Wasserstoff und auch nicht in den zu spaltenden Kohlenwasserstoff gelangen, da dieganze Apparatur gegen außen abgeschlossen ist. Die für die Mischung erforderliche Wasserstoffmenge bleibt stets .die gleiche und wird aus der Trennkammern durch Rohr n und m, welche an i angeschlossen sind, entnommen und durch die Rohrleitung g der Mischdüse e und der Zersetzungskammern zugeleitet.
• Durch geeignete, an sich bekannte Kühlvorrichtungen, z. B. Luftzuführung an der Außenwand der Zersetzungskammer b, wird dafür gesorgt, daß die Temperatur in der Zersetzungskammer b eher etwas unter als oberhalb der Spalttemperatur ist, da dieses günstiger für den zu gewinnenden Ruß ist.
• Das vorbeschriebene Verfahren läßt sich ohne weiteres im kontinuierlichen Betriebe durchführen und erfordert keine besondere Wartung. Der gewonnene Ruß bedarf keiner Nachbehandlung, wie z. B. Calcination. Es wird ein in Qualität stets gleichbleibender Ruß und reiner Wasserstoff bei fast theoretischer Ausbeute erzeugt.
• In einer gegen das Eindringen von Heizgasen geschlossenen Retorte mit einem Eintritts- und einem Austrittsstutzen für den Wasserstoff wird dieser durch von außen auf die Retorte wirkende Gasfeuerung auf etwa i2oo° C erhitzt. Der Wasserstoff tritt während der Erhitzung auf etwa 25o° C vorgewärmt in die Retorte eile und verläßt dieselbe mit etwa 20 m Strömungsgeschwindigkeit mit eileer Temperatur von etwa i 2oo° C. Dieser hocherhitzte Wasserstoff wurde dann in einer gegen den Zutritt von Luft oder anderen Gasen geschützten Mischdüse mit Methan eil dem Verhältnis, daß auf i Teil Methan .1 Teile Wassers:off kommen, gemischt, dLrgestalt, daß die Temperatur des Gasgemisches etwa i ooo° C betrug. Hierbei wurde das Methan vollständig in seine Komponenten Kohlenstoff und Wasserstoff zerlegt. Eine hinter der Spaltzone entnommene Gasprobe zeigte, daß diese aus reinem Wasserstoff (99,8 11,) bestand.
• Nach erfolgter Spaltung wurde das den fein - verteilten Ruß enthaltene Wasserstoffgas rasch gekühlt, um graphitartige Umbildungen des Rußes zu vermeiden.
• Der als Ruß gewonnene Kohlenstoff war äußerst fein verteilt, von tiefschwarzer Farbe, vollkommen trocken und zeigte keinerlei haste Beimengungen oder sonstige Verunreinigungen. Gespalten %v urden 1,2 cbm Methan, @es wurden hierbei 640,5 g Ruß und 2,38 cbm Wasserstoff erhalten. Diese Ausbeute ergibt auf i cbm Methan umgerechnet 533,;g Ruß und 1,985 cbm Wasserstoff. Die theoretische Ausbeute aus i cbm Methan beträgt dagegen 53653 g Ruß und 2 cbm -Wasserstoff. Der erhaltene Wasserstoff hatte einen Reinheitsgrad von 99,8 oio.
• Der technische Fortschritt des Verfahrens besteht in fast theoretischer Ausbeute sowohl an Ruß a:s auch an Wasserstoff. Außerdem wird ein (einst verteilter, vollkommen trockener Ruß !erhalten, der absolut frei von graphitartigen oder retortenkohlenartigen oder sonstigen Beimengungen ist.. Auch treten keine Nebenreaktionen sowie keine Verbrennungen von Kohlenwasserstoifen oder bei der Spaltung gewonnenen Produktcar und Explosionen auf. Des weiteren wird ein praktisch reiner Wasserstoff ohne irgendwelche Beimischung anderer Gase gewonnen, und schließ- ]ich läßt sich die Rußherstellung in einem kontinuierlichen Betriebe durchführen.
• Zur Spaltung nach dem vorbeschriebenen Verfahren eignen sich außer Methan alle anderen Kohlenwasserstofe, welche zur Spaltung in ihre Komponenten der Wärmezufuhr benötigen, z. B. Athan, Propan, Butän usw., nicht dagegen ,eignen sich solche Kohlenwasserstoffe, bei denen durch die Spaltung Wärme frei wird, wie z. B. bei Acetylen.

Claims (1)

1. PATENT ANSPRUCFI: Verfahren zur gleichzeitigen Gewinnung von Ruß und reinem Wasserstoff aus Kohlenw asserstoffen, insbesondere Methan, durch Spaltung mittels Wärme, dadurch gekennzeichnet, daß in einer besonderen geschlossenen Apparatur hocherhitzter Wasserstoff, mit den vorgewärmten Kohlenwasserstoffen gemischt wird, ohne daß eine Gberschreitung der für die nachträgliche vollständige Spaltung des Kohlenwasserstoffes :erforderlichen Temperatur eintritt, und nach Spaltung dieses Gemisches der frei werdende Wasserstoff gekühlt, worauf -ein Teil nach Wiedererhitzung der Zersetzungskammer zugeführt wird.