DE744569C - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von hochwertigem Gasruss durch katalytische Zersetzung von Kohlenoxyd - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von hochwertigem Gasruss durch katalytische Zersetzung von Kohlenoxyd

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DE744569C
DE744569C DEG100610D DEG0100610D DE744569C DE 744569 C DE744569 C DE 744569C DE G100610 D DEG100610 D DE G100610D DE G0100610 D DEG0100610 D DE G0100610D DE 744569 C DE744569 C DE 744569C
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Germany
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DEG100610D
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English (en)
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Dr-Ing Georg Gros
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GEORG GROS DR ING
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GEORG GROS DR ING
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09CTREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK  ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
    • C09C1/00Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
    • C09C1/44Carbon
    • C09C1/48Carbon black

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Pigments, Carbon Blacks, Or Wood Stains (AREA)

Description

  • Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von hochwertigem Gasruß durch katalytische Zersetzung von Kohlenoxyd Bekanntlich zerfällt Kohlenoxyd bei Temperaturen oberhalb 300° in Gegenwart geeigneter Schwermetallkatalysatoren in Kohlensäure und Kohlenstoff. Die technische Durchführung der Reaktion bereitet aber erhebliche Schwierigkeiten, wenn hochwertiger, aktiver Ruß für-die Gummiindustrie hergestellt werden soll.
  • Für die fortlaufende Reaktionslenkung haben sich bis jetzt mechanische Mittel, wie Rührer, Zerkleinerungs- und Transportvorrichtungen, als notwendig erwiesen, da die Reaktion sonst ganz uneinheitlich verläuft. Diese mechanisch bewegten Teile im Innern des- heißen Reaktionsgefäßes gaben indessen oft Anlaß zu Betriebsstörungen. Außerdem ist es praktisch unmöglich, die heterogen verlaufende Reaktion durch diese mechanischen Mittel so zu lenken, daß sich weder Zonen höherer Temperatur und höherer Reaktionsgeschwindigkeit noch Stellen ausbilden, an denen der Ruß zum Absitzen und Zusammenbacken neigt. -Der auf diese Weise gewonnene Ruß ist meist uneinheitlich und von koks-oder graphitähnlichen Teilchen, Grit genannt, durchsetzt. In Kautschukmischungen ergaben diese Ruße durchweg mangelhafte Struktur-und Verschleißfestigkeit. Außerdem gelangen durch rein -mechanische Reibung der Ofeneinbauten, die zwecks- Erhöhung der Lebensdauer aus legierten Stählen bestehen, auch Legierungsbestandteile, wie Chrom, Mangan, Vanadin, Kupfer u. a., mit in den Ruß und beeinflussen als Sauerstoffüberträger die Alterung der damit hergestellten Kautschukmischungen ungünstig.
  • Zur Vermeidung dieser Unzulänglichkeiten verzichtet die nachfolgend beschriebene Arbeitsweise auf die Verwendung von: Einbauten im Zersetzungsgefäß überhaupt und führt die Reaktion in einem Gasstrom.. oder Gaskreislauf so hoher Geschwindigkeit durch, daß in allen Teilen des nach den Forderungen der Strömungslehre gestalteten Zersetzungsofens praktisch konstante Temperatur und annähernd konstante Kontaktkonzentration herrschen. Die Gaszusammensetzung braucht durchaus nicht in der Nähe des Gasgleichgewichtes zu liegen.
  • Durch Steigerung des Gasdurchgangs kann jede zwischen der des Ausgangsgases und der des Gleichgewichtes liegendeZusammensetzung eingehalten werden. Die mechanische Reaktionslenkung wird lediglich durch das mittels Pumpen oder anderer geeigneter Mittel bewegte Umlaufgas bewirkt.
  • Die Gasrückführung wird heute bei der Gaskatalyse allgemein angewendet. Dabei wird aber stets darauf geachtet, daß die Gasgeschwindigkeit nicht zu hoch und die Verdünnung des umzusetzenden Gasbestandteils nicht zu groß werden, d. h. es wird aus Gründen der Reaktionsgeschwindigkeit für ein möglichst großes Konzentrationsgefälle im Reaktionsofen gesorgt. ;Ulan führt deshalb nur so viel Gas zurück, als zur Abführung der Reaktionswärme nötig ist, in der Regel das Ein- bis Fünffache des zugeführten Frischgases. Wird ein höherer Anteil Umlaufgas angewendet, so wird vor der Rückführung der schon umgesetzte Bestandteil ganz oder teilweise entfernt, so daß sich das Rückführungsgas nicht anders verhält als ein durch fremde Bestandteile etwas verunreinigtes Frischgas.
  • Die vorliegende Erfindung verzichtet auf die Ausbildung eines nennenswerten Konzentrationsunterschiedes der Gasphase innerhalb des Ofens und verwendet Umlaufgas in solchen Mengen, daß auf jedes dem Ofen zugeführte Kubikinet.er Frischgas etwa io bis -2o bis zu mehreren ioo ms Umlaufgas den Ofenquerschnitt durchlaufen. Der Ofen ist stromliniengerecht so geformt, daß sich keine toten Winkel und Zonen abweichender Strömung bilden können. Kohlenstoff und Kontaktstaub werden also schwebend indem temperaturkonstanten Gaskreislauf gehalten, so daß ein vollkommen gritfreierRußvonganzgleichm@ßiger Kornbeschaffenheit anfällt. Die Anwendung von Umlaufgas höherer Geschwindigkeit für die Xohlenoxydrußgewinnung ist zwar schon in einer Patentschrift empfohlen worden, doch wird die hohe Gasgeschwindigkeit dort nur lokal in Form von Gasstrahlen angewendet. Außerdem besitzt dieser bekannte Ofen. auch noch Einbauten.
  • Die Durchführung der neuen Arbeitsweise soll an folgendem Beispiel gezeigt werden: In dem in sich geschlossenen, aus runden Röhren bestehenden Zersetzungsgefäß, dessen Form die Abb. i zeigt, werden durch zwei Ventilatoren A' und r12, die direkt im Gaskreislauf arbeiten und deren Antrieb in einem angeflanschten- Gehäuse untergebracht ist, je Kubikmeter Frischgas, das durch den Stutzen Bi zugeführt wird, id.o ins Gas in Umlauf gehalten. Der Unterschied in der Gaskonzentration vor und hinter der Frischgaszufuhr bleibt somit unter 10/0. Ein Stutzen B2 sorgt für die Abfuhr einer entsprechenclen Menge mit Ruß beladenen Gases, aus dein in üblicher Weise durch mechanische oder elektrische Staubabscheider der Ruß gewonnen wird. Der Ofen, der ganz isoliert ist, enthält zur weiteren Temperaturregelung noch einen Doppelmantel D, in dem die überschüssige Wärme unter Gewinnung von Dampf oder durch Aufheizen von Abgas für die Gaserzeugung abgeführt «-erden kann. Wird je Kubikmeter Frischgas 8- Eisencarbonyl oder 2 g alkaiisiertes Eisenschwammpulver mit eingeschleust, so erhält man bei d.33° und 2o atü Betriebsdruck bei reinem Kohlenoxyd einen Umsatz von 7; bis 8o0/" bei Generatorgas etwa io bis I j °/o weniger.
  • Zweckmäßig schaltet man zur besseren Gasausnutzung mehrere Öfen hintereinander: Dann erzielt inan leicht einen über go°/o gelegenen Umsatz. Dabei kann Gas und Kontakt gemeinsam in den ersten Ofen eingebracht und dem letzten Ofen Gas und kontakthaltiger Ruß entnommen «-erden. Zweckmäßiger ist allerdings eine Gegenstrom-`"erbundscha.ltung (Abb.3) derart, daß das Gas in den ersten Ofen, der Kontaktstaub in den letzten Ofen eingeführt wird. Zwischen je zwei Ofen und nach dem letzten Ofen ist je ein Staubabscheider eingeschaltet, aus dem mittels Dosiervorrichtung der abgeschiedene kontakthaltige Ruß dem in der Gasströmungsrichtung vorherliegenden Ofen zugeführt wird. Letztere Arbeitsweise hat noch den Vorteil, daß mit geringerer Kontaktkonzentration gearbeitet werden kann, ohne daß die Ausbeute sich verringert. Das Ergebnis ist ein aschearmer Ruß. In bestimmten Fällen, z. B. bei kohlenoxydarmem Gas, wie Hochofengichtgas und ähnlichen, ist auch eine Entfernung der durch die Reaktion gebildeten Kbhlensäure zwischen den einzelnen Stufen durch eine der bekannten Auswaschvorrichtungen nützlich, während bei Rückgas nur nach dem letzten Ofen ausgewaschen wird. Schließlich ist noch darauf hinzuweisen, daß jeder Ofen auch unter anderen Temperatur- und Druckbedingungen gehalten werden kann, z. B. daß mit abfallender Kolilenoxy dkonzentration der Druck gesteigert, die Temperatur aber gesenkt wird. .
  • Es ist ein Hauptvorteil der neuen Arbeitsweise, daß die Umsetzung in dem praktisch temperaturkonstanten Gaskreislauf ermöglicht wird; in dem oben angeführten Betriebsbeispiel liegen die Temperaturen höchstens 40 auseinander. Die Temperaturregelung geschieht durch Regelung der Menge des den Dampfmänteln zugeführten' Wassers, für das noch eine Zirkuliervorrichtung vorgesehen werden kann in Verbindung mit der Aufheizung des Frischgases. Erfahrungsgemäß sind Temperaturhöhe und Temperaturkonstanz für die Aktivität des Kohlenoxydrußes von ausschlaggebender Bedeutung. Das Kreislaufverfahren erlaubt noch bei gut gereinigten Gasen, die Kohlenoxydzerlegung unterhalb 40o° mit wirtschaftlich brauchbarer Ausbeute durchzuführen.
  • Der so erhaltene Kohlenoxydruß ist besonders hochwertig, vollkommen frei von Grit und von ganz gleichmäßiger Teilchengröße. Dies wirkt sich besonders vorteilhaft in der Verbesserung der Festigkeits- und Verschleißwerte von Ruß-Gummi-Mischungen aus. In diesem Punkt ist der Kohlenoxydruß dem aus Kohlenwasserstoffen gewonnenen überlegen. Besonders bei einem Kohlenoxydruß, der bei Temperaturen von 4oo° und darunter gewonnen wird, ist ein beträchtlicher Anstieg der Aktivität festzustellen. Die Verfestigung von Kautschukmischungen erreicht die Werte, die mit den besten aus Kohlenwasserstoffen erhaltenerr aktiven Rußen erzielbar sind. Der nach dem neuen Verfahren gewonnene Kohlenoxydruß weist einen Aschegehalt von 0,3 bis o,8°/" auf. Wie Versuche ergaben, sind derartig geringe Mengen an Verunreinigungen an Gummimischungen praktisch belanglos und insbesondere ohne Einfluß auf deren Alterung. Es war zu erwarten, daß mit dem Verzicht auf ein größeres Gefälle im Kohlenoxydgehalt des Umlaufgases auch die Raum-Zeit-Ausnutzung des Reaktionsgefäßes entsprechend zurückgehen würde. Überraschenderweise hat es sich aber gezeigt, daß die Ofenleistung sogar höher lag. als bei dem seither ausgeübten Verfahren, was abgesehen; von der besseren Gas-Ruß-Kontakt-Durchmischung darauf zurückzuführen ist, daß der gesamte Ofenraum gleichmäßig am Umsatz beteiligt ist, während bei den mit Einbauten versehenen öfen der dem Gaseintritt zunächst liegende Teil die Hauptarbeit leistet und der größere Rest nur mehr geringen Umsatz brachte.
  • Dieses Umlaufverfahren hat auch eine Reihe betrieblicher Schwierigkeiten beseitigt, die den seither gebräuclhlichen Zersetzungsöfen noch anhaften.. Bei der Vergrößerung der Versuchsvorrichtungen hat es j edesmal starke Rückschläge in der Güte des Rußes gegeben, weshalb. man an die Anwendung größerer Betriebseinheiten nur ungern herarnging. Das neue Verfahren, das diesen Übeilstand nicht zeigt, gestattet jetzt auch die Anwendung wirtschaftlich arbeitender Großraumappara= turen. Bis jetzt hatten zur Wärmeabfuhr eingeschaltete Kühlflächen meist nur geringe Tiefenwirkung, da sie bald mit Ruß belegt waren und nach einigen ioo Betriebsstunden mechanisch gereinigt werden; mußten. Bei den neuen Zersetzern ist diese Maßnahme nicht mehr notwendig. Schließlich war bis jetzt die Frischgaszuführung und der Vorwärmer eine Quelle von Betriebsstörungen, da bei hoher Vorwärmung die Reaktion schon in diesem Apparateteil einsetzte und in kurzem unter starkem Temperaturanstieg den Vorwärmer verstopfte. Bei dem neuen Verfahren braucht das Frischgas überhaupt nicht vorgewärmt zu werden. Es kann eine beliebig große Temperaturspanne zwischen Vorwärmer und Zersetzer bestehen, so daß man es jederzeit in der Hand hat, die Reaktion an der für sie bestimmten Stelle einsetzen zu lassen. Schließlich sei noch auf die verbesserte Wärmerückgewinnung und die wesentlich billigere Herstellung der Reaktionsgefäße beim vorliegenden Verfahren hingewiesen.
  • Für die Durchführung des Verfahrens lassen sich indessen auch noch andere Ofenkonstruktiönen anwenden. Es ist möglich, lineare Strömungsgeschwindigkeiten von mehr als 4m/Sek. bei glattem Strömungsverlauf zu verwirklichen.
  • Einen z. B. aus zwei ineinanderliegenden Röhren bestehenden Zersetzer zeigt Abb. z. Am oberen Ende ist ein Ventilator mit gekapselt liegendem und getrenntem: Antrieb angebracht, der im inneren Rohr die Strömung nach unten, im äußeren nach oben bewirkt. Das äußere Rohr ist zur Temperaturregelung mit einem Dampferzeuger ummantelt, das untereUmkehrende ist durch Leitbleche gegen das Absetzen von Ruß gesichert.
  • Alyb.3zeigt dieVerbundschaltung mehrerer Ofen.
  • Als Baustoff für die Zersetzungsöfen können warmfeste, legierte Stähle unbedenklich verwendet werden, da eine direkte Reibung von Stahl auf Stahl vermieden ist. Bei zu hoher Umlaufgeschwindigkeit kann allerdings auch eine mechanische Erosion durch den kontakthaltigen Ruß erfolgen, doch bietet das Arbeiten bei so hohen Geschwindigkeiten schon aus Gründen der Energieersparnis kaum mehr Vorteile. Ebenso brauchbar und wesentlich billiger ist es, als Baustoff Kohlenstoffstahl zu verwenden, der an den Stellen, die heißen Ofengasen ausgesetzt sind, mit metallischem Zink (z. B. einer Hartzinksehicht) überzogen ist. Eine solche Schicht schützt nicht nur den Stahl gegen die allmähliche Auflösung an der Oberfläche infolge seiner Beteiligung am Kohlenoxydzerfall, sondern auch etwa in den Ruß gelangende Baustoffteilchen sind für die Verwendung des Rußes in der Gummiindustrie vollständig unschädlich.

Claims (5)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i.
  2. Verfahren zur Herstellung von hochwertigem Gasruß durch katalytische Zersetzung von Kohlenoxyd, dadurch gekennzeichnet, dar die Zersetzung durchgeführt wird in einem Gasstrom so hoher Geschn°indigkeit, daßinallenTeileninnerhalb einer Zersetzungseinheit annähernd konstante Katalysatorkonzentration herrscht. z.
  3. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß auf jedes Kubikmeter Frischgas mindestens io ms Umlaufgas den Ofenquerschnitt passieren. 3 Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch i und a, hestehend aus einem strömungsgerecht aufgebauten und wenig Widerstand bietenden Zirkulation.sofen, der außer Mitteln zur Gasbewegung keine weiteren Einbauten enthält.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, bestehend aus mehreren hintereinandergeschalteten, gegebenenfalls unter verschiedenen Bedingungen gehaltenen Zersetzungsgefäßen, wobei gegebenenfalls Gas und Feststoffe in teilweisetn Gegenstrom geführt «-erden.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 3 und q., dadurch gekennzeichnet, daß die dem Reaktionsgas ausgesetzten Flächen einen Schutzüberzug aus Zink aufweisen.
DEG100610D 1939-08-20 1939-08-20 Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von hochwertigem Gasruss durch katalytische Zersetzung von Kohlenoxyd Expired DE744569C (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1220540B (de) * 1961-08-09 1966-07-07 Cabot Corp Verfahren zur Herstellung von Russ

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE1220540B (de) * 1961-08-09 1966-07-07 Cabot Corp Verfahren zur Herstellung von Russ

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