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Herstellung von an Verunreinigungen armem Kohlenstoff, insbesondere
von Ruß und Wasserstoff Die kontinuierliche Spaltung von endotherinen Kohlenwasserstoffen
zwecks Erzeugung von Kohlenstoff ist an sich bekannt. Indessen hat man zur kontinuierlichen
Aufrechterhaltung der Spaltreaktion entweder glühende Metalldrähte oder Luft- bzw.
Sauerstoffzusatz oder Katalysatoren benötigt, oder man hat den Spaltwasserstoff
verbrennen oder den Kohlenstoff besonders reinigen müssen. Weitere Nachteile bisheriger
Verfahren bildeten insbesondere die mangelhafte Ausbeute und die unbefriedigende
Qualität des anfallenden Kohlenstoffs bzw. Wasserstoffs.
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Demgegenüber wurde nun gefunden, daß die- Nachteile früherer Spaltverfahren
vermieden werden, wenn bei der Spaltung von hierbei wärmeliefernden Kohlenwasserstoffen
oder deren Gemischen mindestens das Dreifache der bei dem betreffenden Arbeitsdruck
zur selbständigen kontinuierlichen Aufrechterhaltung einer flammenartig verlaufenden
Spaltreaktion notwendigen Gasmenge dem Spaltraum zugeführt wird. Im Gegensatz zu
den bisherigen Verfahren; die nur durch Anwendung besonderer Hilfsmaßnahmen eine
kontinuierliche Spaltreaktion erreichen, entstehen hierdurch besondere Vorteile,
da unmittelbar ein an Verunreinigungen, z. B. Metallverbindungen und besonders.
auch flüchtigen bzw. verdampfbaren Bestandteilen, armer bzw. praktisch freier Ruß
und reiner Wasserstoff anfallen; bemerkenswert ist z. B. der gegenüber bisheriger
Verfahrensweise herabgesetzte Methangehalt des Wasserstoffs. Weiterhin gelingt es
dabei nach dem neuen Verfahren, überraschenderweise praktisch vollständige Ausbeuten
zu erhalten. Ein weiterer Vorteil des neuen Verfahrens besteht darin, daß in verhältnismäßig
kleinen Vorrichtungen große Umsätze erzielt werden. Die Raumzeitausbeute des neuen
Verfahrens wird von den früheren Arbeitsweisen auch nicht annähernd erreicht.
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Das neue Verfahren ist auf alle bei der Spaltung wärmeliefernde Kohlenwasserstolfe
oder deren Gemische anwendbar, beispielsweise auf gasförmige oder vergaste Acetylenverbindungen,
Vinylderivate, Olefine, cyclische und .sonstige endotherme Kohlenwasserstoffe. Besonders
vorteilhaft ist die Verarbeitung von Acetylen selbst zur Herstellung eines hochwertigen,
an Verunreinigungen armen Rußes und Wasserstoffs bei einem Druck im Reaktionsraum
unterhalb von 2 Atm_ insbe# sondere bei gewöhnlichem Druck; hierdurch entstehen
außerdem besondere Vorteile durch
Vereinfachung der apparativen
Anlage und erhöhte Sicherheit. Beispielsweise wird Acetylen ohne Anwendung besonderer
Hilfsmaßnahmen erfindungsgemäß in mindestens der dreifachen der zur kontinuierlichen
Aufrecht= erhaltung der Spaltreaktion notwendigen Menge dem Spaltraum zugeführt.
Ein Verbrennen des anfallenden Spaltwasserstoffs, wie es bei verschiedenen bekannten
Verfahren vorgenommen wurde, ist nicht erforderlich. Außer wertvollem Wasserstoff
fällt ein hochwertiger, an Verunreinigungen armer Ruß an, wie er den Anforderungen
der Technik entspricht.
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Das Verfahren läßt sich so ausführen, daß das bei der Spaltung wärmeliefernde
Gas bzw. Gasgemisch aus einer oder mehreren Öffnungen in einen Reaktionsraum eintritt.
Die Einleitung' der Spaltung wird in an sich bekannter Weise "durch elektrische
Funken. glühende bzw. beheizte Flächen, durch anfängliche Verbrennung der zu verarbeitenden
oder anderer Gase, z. B. aus der bzw. den Spaltdüsen, oder andere bekannte Maßnahmen
bewerkstelligt. Eine Drehung bzw. Durchwirbelung des Gasstromes bzw. der Gasströme
begünstigt die Zersetzung.
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Besonders vorteilhaft ist die Verarbeitung von bei der Spaltung wärmeliefernden
Gemischen von endothermen und exothermen Kohlenwasserstoffen, z. B. von Acetylen
oder Acetylenverbindungen, Olefinen, Benzol o. dgl, im Gemisch mit gesättigten oder
ungesättigten acyclischen oder cyclischen Kohlenwasserstoffen. Solche Gemische sind
z. B. Reaktionsgemische von Acetylenbildungsprozessen, gegebenenfalls nach besonderem
Zusatz von wärmeliefernden Kohlenwasserstoffen, insbesondere von Acetylen, oder
Hydrierabgase von der Hydrierung von Kohlenstoff unter Druck oder von Kohlenoxyden
bei gewöhnlichem Druck nach Zusatz von oder teilweiser Umwandlung in Acetylen bzw,
ungesättigte Verbindungen. Auch Naturgas als Zusatz oder nach wenigstens teilweiser
Umwandlung in Acetylen läßt sich auf diese Weise auf hochwertigen Ruß und Wasserstoff
durch thermische Spaltung verarbeiten.
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Das neige Verfahren gelangt insbesondere so zur, Ausführung, daß mehr
als das rofache, z. B. das 2o- oder auch. 5ofache, derbei dem, betreffenden Arbeitsdruck
und der Gaszusammensetzung zur kontinuierlichen Aufrechterhaltung einer flammenartigen
Spaltreaktion notwendigen Gasmenge angewandt wird.
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Dem Gas bzw. Gasgemisch können vorteilhafterweise auch die Spaltung
begünstigende und/oder wärmeliefernde Zusatzstoffe beigemischt werden, z. B. Luft-
bzw. sauerstoffhaltige Gase, wie .Kohlenoxyd, Kohlensäure ö. dgl., oder gasförmige
bzw. verdampfte Katalysatoren, in so geringen Mengen, daß der anfallende Kohlenstoff
bzw. Wasserstoff in 9,inem geringeren als technisch zulässigen 'äße Verunreinigungen
enthält. Der anfallende Spaltwasserstoff oder Wasserstoff und Ruß enthaltendes Reaktionsgemisch
kann zur Regulierung des Spaltprozesses auch in beliebige Stufen des Prozesses zurückgeführt
werden, z. B. zwecks beschleunigter Abkühlung der Reaktionsprodukte. Abschreckung
bewirkt bekanntlich für manche Zwecke eine Verbesserung der Eigenschaften des Rußes,
z. B. eine Verfeinerung. Die gewünschte Temperatursenkung der Spaltprodukte kann
auch durch andere Mittel erzielt werden, z. B. durch gekühlte Flächen, Abhitzekessel,
Zusatz verdampfbarer oder dissoziierbarer Stoffe unmittelbar nach der Spaltung.
Unter anderen Bedingungen kann man auch einen an Verunreinigungen armen graphitischen
Kohlenstoff erhalten. 'Bei allen diesen Ausführungsformen des neuen Verfahrens ist
es indessen wesentlich, daß mindestens das Dreifache der bei dem betreffenden Arbeitsdruck
und der Zusammensetzung des Gasgemisches zur selbständigen kontinuierlichen Aufrechterhaltung
einer flainmenartigeü Spaltreaktion notwendigen Gasmenge angewendet wird. Beispiel
An einer röhrenförmigen Apparatur war eine wassergekühlte Düse von 5omm Durchmesser
angebracht, durch die Acetylen dem Spaltraum zugeleitet wurde. Bei einer Gasgeschwindigkeit
von etwa 5 m3/Std. konnte nach anfänglicher Zündung die flammenartige Spaltung kontinuierlich
aufrechterhalten werden, ohne daß mehr als o,2% Methan im Abgas auftrat. Indessen
fielen bei diesen Gasmengen 15 bis 2o% Grit an, und die Deckkraft des Rußes (gemessen
nach der Ostwaldschen Farbskala) ist mit etwa 92 verhältnismäßig gering. Wurde jedoch
erfindungsgemäß die Gasgeschwindigkeit auf 15om' C,H2 je Stunde gesteigert, so wurde
trotz der 3omal kleineren Verweilzeit nicht nur eine vollständige Umwandlung des
Acetylens in Ruß und Wasserstoff erzielt, sondern auch der Gritanfall auf 3 bis
5% vermindert und die Deckkraft des Rußes auf 94,5 bis 95 erhöht. Dieser Ruß ist
im Gegensatz .zu dem bei geringen Gasgeschwindigkeiten erhaltenen für z. B. die
Zwecke der Gummiindustrie. Druckfarbenindustrie und andere Verwendungszwecke hervorragend
geeignet.