DE886800C - Herstellung von an Verunreinigungen armem Russ und Wasserstoff - Google Patents

Herstellung von an Verunreinigungen armem Russ und Wasserstoff

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DE886800C
DE886800C DEB11687D DEB0011687D DE886800C DE 886800 C DE886800 C DE 886800C DE B11687 D DEB11687 D DE B11687D DE B0011687 D DEB0011687 D DE B0011687D DE 886800 C DE886800 C DE 886800C
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Germany
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acetylene
hydrogen
gap
soot
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DEB11687D
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Alfred Dr Dolde
Rudolf Dr Wendlandt
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SUEDDEUTSCHE KALKSTICKSTOFF-WERKE AG
Evonik Operations GmbH
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SUEDDEUTSCHE KALKSTICKSTOFF-WERKE AG
SKW Trostberg AG
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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
    • C09C1/54Acetylene black; thermal black ; Preparation thereof

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Description

  • Herstellung von an Verunreinigungen armem Ruß und Wasserstoff Die Herstellung von Ruß und Wasserstoff durch Spaltung von Acetylen ist bekannt, doch hat man entweder nicht kontinuierlich gearbeitet oder den Wasserstoff verbrennen lassen oder eine äußere Wärmequelle benötigt oder Drücke oberhalb 2 at im Reaktionsraum oder .Katalysatoren, die eine Verunreinigung des Rußes hervorrufen. Es ist auch bekannt, einen Acetylenstrom mittels schnell rotierender Leitungen derart in Schleuderbewegung zu versetzen, daß sich das Gas infolge der Zentrifugalkraft stark verdichtet und durch -die Kompressionswärme erwärmt und spaltet. Die apparativen und sonstigen Nachteile der bekannten Verfahren haben ihre Anwendung um so mehr behindert, als auch die Güte des Rußes wie .des Wasserstoffs den Anforderungen wichtiger Anwendungsgebiete im allgemeinen nicht entsprach.
  • Erfindungsgemäß wird im Gegensatz zu den bisherigen Verfahren mit sehr großen Acetyleninengen derart gearbeitet, daß Acetylen in einem Gasstrom von mindestens ro, vorzugsweise 3o bis 300 kg/Std. bzw. in mehreren solchen Strömen einem Spaltraum, dessen Wände bzw. Zündeinrichtungen nur bis zum Einsetzen der Spaltung geheizt werden, kontinuierlich zugeführt und nach Einsetzen der Spaltung ohne weitere Wärmezufuhr bei einem Druck im Spaltraum von weniger als 2 at, vorzugsweise bei gewölinlichem»Druclc, köntinüierlich gespalten wird. Auf diese Weise ist es überraschenderweise möglich, das Acetylen bei gewöhnlichem oder nur unwesentlich- erhöhtem Druck nur auf Grund der Reaktionswärme kontinuierlich zu spalten . und bei praktisch vollständiger Ausbeute sowohl den Wasserstoff als solchen als auch unmittelbar einen hochwertigen Ruß zu gewinnen, der an Verunreinigungen arm und praktisch aschefrei ist, d. h. weniger als o,io/o Asche enthält, so claß dieser Ruß ohne -weitere Nachbehandlung verwendet werden kann.
  • Die Aufgabe, einen verunreinigungsarmen Ruß und Wasserstoff bzw. -wasserstoffhaltige Gase zu gewinnen, ist damit im Gegensatz zu den früheren Verfahren auf eine überraschend einfache und vorteilhafte Weise gelöst. Die Tatsache, daß nach dem neuen Verfahren bei gewöhnlichem oder nur wenig erhöhtem Druck und ohne besonders beheizte Flächen gearbeitet -wird, ermöglicht eine wesentliche Vereinfachung der apparativen Anlage und der Betriebsweise bei erhöhter Sicherheit.
  • Vor der Eintrittsdüse kann dabei der Druck des Acetylens oder acetylenhaltigen Gasgemisches auch mehr als 2 at betragen, z. B. bei Verwendung eines Kompressors für die Zuführung des Frischgases und relativ enger Ausströmdüsen. Die Düse selbst wird vorteilhafteriveise gekühlt, was durch eine besondere Flüssigkeitskühlung oder durch Luftkühlung, etwa durch Anbringen großflächiger Kühlrippen aus Wärme gutleitendem Metall, erzielt werden kann. Man kann die Kühlvorrichtung auch so ausbilden, daß durch die an der .Düse frei werdende Spaltwärme des Acetylens eine Flüssigkeit, z. B. Wasser, zum Sieden- gebracht wird, wobei gleichzeitig nutzbarer Dampf anfällt.
  • An Stelle einer Austrittsdüse für das Frischgas kann inan auch mehrere oder auch eine Vielzahl von Düsen bzw. Austrittsöffnungen verwenden und hierbei den Gesanitgasstrom oder vorteilhaft auch die durch jede einzelne Düse bzw. Austrittsöffnung tretende Gasmenge auf wenigstens io kg C2 H2/Std. oder mehr bemessen. Anordnungen, bei denen der Gesamtgasstrom bei einer Mehrzahl von Austrittsöffnungen mindestens io kg/Std. oder darüber beträgt, werden z. B. durch mit einem Rückschlagsicherungsnetz versehene Düsen bzw. Austrittsöffnungen, durch von Acetylen durchströmte Rohrbündel od. dgl: dargestellt; wesentlich ist hierbei, daß die einzelnen Gasmengen zu einem einheitlichen, mindestens io kg/Std. führenden Spaltstrom bzw. zu einer einheitlichen Spaltflamme zusammenwirken. Ist das nicht der Fall, sondern sind mehrere örtlich getrennte Spaltstellen bzw. Spaltzonen vorhanden, so soll jeder Teilstrom erfindungsgemäß -wenigstens io kg/Std. oder mehr Acetylen führen.
  • Man erhält so in besonders einfacher und vorteilhafter Weise mit einer v erhältnismäßig kleinen Apparatur eine Produktion in größtem Maßstabe; auch hierdurch unterscheidet sich das neue von den bisher bekannten Verfahren. Es ist auf diese Weise insbesondere möglich, auch.-- sehr große Acetylenrriengen, vorzugsweise solche voll 30 bis 300 kg/Std., auf an Verunreinigungen armen Ruß und Wasserstoff zu verarbeiten. Man kann natürlich auch bei Anwendung besonders großer Acetylenmengen die Gasmenge in mehrere Teilstöme von -wenigstens io kg/Std. unterteilen und jeden dieser .Ströme für sich zur Spaltung bringen. Die Raumzeitausbeute ist bei diesen Apparaturen, die mit sehr großen Acetylenmengen arbeiten, in einem bisher nie erreichten Maße hervorragend.
  • Es hat sich herausgestellt, daß die Spaltung des Acetylens begünstigt -wird, wenn das Acetylen im Spaltraum Wirbelbildungen unterworfen wird.
  • Es lassen sich in das Frischgas bzw. den Reaktionsraum bzw. das Reaktionsgemisch zur Vermehrung der Ruß- oder Wasserstofferzeugung bzw. zur Verbesserung der Betriebsweise bzw. der anfallenden Spaltprodukte auch Gase oder Dämpfe als Zusatzstoffe einführen.
  • In erster Linie kommen hierfür andere Kohlenwasserstoffe in Betracht, z. B. Methan, Äthylen, Benzol, Cyclohexan und deren Homologe, wie Naphthalin usw., die eine Vermehrung der Erzeugung bzw. eine Beeinflussung der Eigenschaften der Spaltprodukte gestatten; :Methan erhöht z. B. besonders die Wasserstofferzeugung, während für die Rußgewinnung endotherme Kohlenwasserstoffe vorteilhaft sind. In diesem Zusammenhang erweist sich auch die Verarbeitung vonReaktionsgemischen von Acetylenbildungsprozessen als nutzbringend, z. B. aus Naturgas erhaltene Acetylengemische.
  • Von besonderem Interesse ist die Verarbeitung von Acetylen im Gemisch mit den Abgasen der Hydrierung von Kohle bzw. Kohlenoxyden, insbesondere solchen Gemischen, die aus Hydrierabgasen nach Acetylenbildung entstehen, für sich oder unter Zusatz -weiteren Acetylens. Dabei werden gleichzeitig heimische Rohstoffe verwertet und der für die Hydrierung benötigte Wasserstoff wiedergewonnen.
  • Ferner können solche zugesetzten Gase oder Dämpfe Verwendung finden, die den Konzentrationsverlauf bzw. - die Reaktionsgeschwindigkeit beeinflussen oder die .z. B. durch ihre Wärmekapazität, Wärmeleitfähigkeit oder Dissoziation temperaturregulierend -wirken. Selbstverständlich läßt sich das Verfahren auch unter Zusatz von bei bekannten Verfahren benutzten, gasförmigen Stoffen ausführen, z. B. von Luft bzw. Sauerstoff, Kohlenoxyd oder Kohlensäure, Wasserdampf, Chloräthan, Tetrachlorkohlenstoff u.,dgl. m.
  • Von besonderem Vorteil ist es, wenn an der bzw. an den hinsichtlich Temperaturen und Konzentrationen zu regelnden Stellen des Arbeitsganges bei der Spaltung entstandenes, aus Wasserstoff bestehendes oder Wasserstoff enthaltendes Gas kalt oder -warm wieder eingeführt wird. Für die Rückführung bzw. den Kreislauf kann auch noch Ruß enthaltendes Abgas benutzt werden. Der gebildete Spaltwasserstoff läßt sich- auch unmittelbar in den Reaktionsraum bzw. durch einen Teilstrom bzw. in für verschiedene Strömungsteile unterschiedlicher Konzentration einführen. Das neue `'erfahren hat ddn Vorteil, daß die Spaltreaktion auch bei gewöhnlichem Druck ohne Zusatz katalytisch wirkender Substanzen vor sich geht. Falls man in bestimmten Fällen derartige Stoffe noch zusetzen will, kann man daher mit viel geringeren Mengen als bisher auskommen. Man wird nur so geringe Mengen verwenden, daß der dadurch bedingte Aschegehalt des Rußes weniger als i°/o, vorzugsweise weniger als o,io/o, beträgt.
  • Ein weiterer Vorteil des neuen Verfahrens besteht darin, daß im Vergleich zu den bisher bekannten Verfahren ein Wasserstoff von erhöhter Reinheit anfällt. Es ist überraschend, daß nicht nur der Gehalt an Ausgangsstoffen, sondern auch an durch Umwandlung entstandenen Kohlenwasserstoffen, z. B. Methan, durch Anwendung des vorliegenden Verfahrens herabgesetzt bzw. zum Verschwinden gebracht werden kann.
  • Das Verfahren läßt sich sowohl zur Herstellung graphitfreien bzw. graphitarmen Kohlenstoffs als auch zur Herstellung teilweise bzw. vollständig graphitierten Kohlenstoffs benutzen. Im ersteren halle ist es vorteilhaft, die Spaltprodukte unmittelbar nach der Spaltung auf solche Temperaturen abzuschrecken, daß Größe und Atomanordnung .der Kohlenstoffteilchen praktisch erhalten bleiben bzw. keine wesentliche Veränderung mehr erfahren. Im letzteren Falle wird vorteilhaft die durch die Reaktion selbst erzeugte hohe Temperatur zur Graphitbildung ausgenutzt, indem man absichtlich entsprechend höhere Temperaturen bis zum Eintritt der jeweils gewünschten Graphitierung beibehält, so daß eine an sich bekannte Nachbehandlung zwecks Graphitierung bei hohen Temperaturen, die selbstverständlich immer möglich ist, überflüssig wird. Zwecks Erzielung besonders hoher Temperaturen kann z. B. auch von den Maßnahmen eines Wärmeaustausches bzw. einer Vorwärmung des Frischgases Gebrauch gemacht werden.
  • Zur Irrläuterung des neuen Verfahrens dient nachfolgendes Beispiel: Beispiel Aii einem zylindrischen, senkrecht aufgestellten Gefäß war am oberen Ende eine wassergekühlte Düse angebracht, durch die das Acetylen eintrat. In der Düse bzw. kurz hinter der Düse wurde der Reaktionsraum anfänglich durch eine elektrische Reizwicklung von außen auf die zur Spaltung notwendige Temperatur gebracht. An Stelle dieser Heizwicklung kann auch eine Gasheizung od. dgl. Verwendung finden, für die gegebenenfalls Acetylen bzw. die den Reaktionsraum verlassenden Gase benutzt «,erden können; die Einleitung der Spaltung kann indessen auch durch eine Innenheizung, die ;Tegebenenfalls durch Acetylen mit Luft oder Sauerstoff bewerkstelligt werden kann, elektrische Funken od. dgl. erfolgen. Nach dem Einsetzen des Spaltprozesses wurde diese anfängliche Heizung abgeschaltet, und die Spaltung ging ohne jede anderweitige Wärmequelle von selbst weiter. Der anfallende Ruß sammelte sich in einem unter dem Düsenraum befindlichen größeren Raum, der mit einer wassergekühlten Rührvorrichtung bzw. Kratzern ausgestattet war; an Stelle dieser lassen sich in bekannter Weise Schüttel- oder Klopfvorrichtungen oder ähnliche Einrichtungen zur Verhinderung des Festsetzens des Rußes verwenden. Am unteren Ende des erweiterten Gefäßes wurde der Ruß durch einen Redler abgeführt, während die Abgase nach Durchströmen eines Abwärmedampfkessels und eines Zyklons bzw. mit Prallflächen od. dgl. versehenen Sammelgefäßes die Apparatur verließen. Zur Entstaubung des Abgases wurden in bekannter Weise Gasfilter bzw. Elektrofilter ver-`verdet. Zum Austragen des Rußes können auch andere Konstruktionen, z. B. Schnecken, vorgesehen sein. Das Abgas wurde zu weiterer Verwertung abgeleitet.
  • Die beschriebene Apparatur, die aus einem Rohr von etwa i8o mm Durchmesser und etwa i m Länge bestand und mit einer wassergekühlten Düse von 50 'Um lichten Durchmesser versehen war, wurde zunächst mit Stickstoff ausgespült, dann wurde die elektrische Außenheizung des Spaltraumes eingeschaltet, bis dieser z. B. 700° erreicht hatte. Nun wurde langsam auf Acetylen umgeschaltet, unter gleichzeitiger Drosselung des Stickstoffstromes, bis schließlich der stündliche Acetylendurchsatz 26 kg betrug, während der Stickstoff ganz abgestellt wurde. Die Umschaltung von Stickstoff auf Acetylen ist in wenigen Minuten durchgeführt. Gleichzeitig wurde jetzt die elektrische Heizung des Spaltraumes ganz ausgeschaltet. Die Spaltung ging nun bei gewöhnlichem Druck im Spaltraum ohne jede anderweitige Heizung und ohne Zusatzstoffe ununterbrochen von selbst weiter, auch das Abgas brauchte nicht verbrannt zu werden. Vom eingebrachten Acetylen wurden 991/o in Form von Ruß erhalten, der einen Aschegehalt von nur o,o5 % aufwies; das anfallende Abgas bestand zu 991/o aus Wasserstoff.
  • Das Beispiel zeigt, in welchem Maße durch das vorliegende Verfahren die bisher benötigten Dimensionen eine Veränderung erfahren. Selbstverständlich sind die Zahlenangaben nur beispielsmäßig angebracht, es kann aber gesagt werden, daß das neue Verfahren in jedem Falle ermöglicht, mit Räumen auszukommen, die einer kleineren Größenordnung angehören als die bisher erforderliche Apparatur und vorteilhaft unterhalb io 1 freien Spaltraumes für i kg gespaltenen Acetylens je Stunde gewählt werden. Es ist sogar ohne weiteres durchführbar, den für die Reaktion freien Spaltraum noch wesentlich geringer zu bemessen, z. B. auf die Größenordnung von 1 1 für i kg zerlegten Acetvleiis je Stunde herunterzugehen.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Herstellung von an Verunreinigungen armem Ruß und Wasserstoff: durch thermische Spaltung von Acetylen, dadurch gekennzeichnet, daßAcetylen in einem Gasstrom von mindestens io, vorzugsweise 3o bis 300 kg/Std. bzw. in mehreren solchen Strömen einem Spaltraum, dessen `Fände bzw, Zündeinrichtungeri nur bis zttm Einsetzen der Spaltung geheizt werden, kontinuierlich zugeführt und nach Einsetzen der Spaltung ohne weitere Wärmezufuhr bei einem Druck im Spaltraum von weniger als 2 at, vorzugsweise bei gewöhnlichem Druck, kontinuierlich gespalten wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Acetylen durch eine oder mehrere gekühlte Düsen in den Spaltraum geleitet wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß .das Acetylen im Spaltraum Wirbelbildungen unterworfen wird. q..
  4. Verfahren nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Acetylen im Gemisch mit anderen gasförmigen oder vergasten Kohlenwasserstoffen verarbeitet wird.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Reaktionsgemische von Acetylenbildungsprozessen für sich oder nach Zusatz weiteren Acetylens verarbeitet werden.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Hydrierabgase bzw. durch Hydrieren von Kohle oder Kohlenstoffoxyden erhaltene Kohlenwasserstoffe im Gemisch mit entsprechenden Mengen vorgebildeten oder zugesetzten Acetylens verarbeitet werden.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an der bzw. den hinsichtlich Temperaturen und Konzentrationen zu regelnden Stellen des Arbeitsganges bei der Spaltung entstandenes, aus Wasserstoff bestehendes oder Wasserstoff enthaltendes Gas kalt oder warm wieder eingeführt wird.
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