IT8047939A1

IT8047939A1 - Procedimento per la produzione di carburo di calcio e gas acetilenico combustibile ottenuto da detto carburo.

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Publication number: IT8047939A1
Application number: IT1980A47939A
Authority: IT
Original assignee: Bravi Achille; Vela Francesco
Priority date: 1980-02-19
Filing date: 1980-02-19
Publication date: 1981-08-19
Also published as: EP0034572A3; IT8047939A0; IT1188905B; EP0034572A2

Description

?PROOEDIMEMO PER LA PRODUZIONE DI CARBURO DI CALCIO E GAS ACETIL3NIC0 COMBUSTIBILE OTTENUTO DA DETTO CARBURO

RIASSUNTO

Carburo di calcio viene ottenuto facendo reag?-, re mediante reazione all ? arco elettrico di carbone e ossido di calcio in presenza di una quantit? piccola, ma significativa, di ossido di alluminio > il carburo posto a contatto con acqua, fornisce un gas acetilenico avente caratteristiche di combustione senza residui incombusti e avente stabilit? anche in presenza di ossigeno e ad alta pressione, detto gas essendo particolarmente utilizzabile come combustibile per motori :a combustione interna*

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un procedimento per la produzione di carbtiro di calcio , nonch? al gas acetilenico ottenuto portando a contatto detto carburo di calcio con acqua?

E? noto da molto tempo l ?uso di carburo di calcio per produrre acetilene? L? acetilene cos? prodotta viene attualmente impiegata soprattutto per sintesi chimiche ? Essa pu? anche venire impiegata per rudimentali apparecchi di il lumina z ione e di salda? tura

Il gas acetilenico che viene ottenuto con il carburo di calcio preparato secondo i metodi attualmente conosciuti, non pu? essere usato per impieghi in cui ? richiesto un gas avente caratteristiche di sicurezza di impiego e di efficienza?

Infatti detto gas acetilenico ? di per se stesso instabile in presenza di aria od ossigeno , particolarmente quando venga sottoposto a pressione , ed inoltre nella combustione produce una grande quantit? di sostanze inquinanti .

Esso ? quindi del tutto inadatto ad essere impiegato , per esempio , come combustibile per motori a combustione inerna, in quanto esso provoca quasi immediatamente 1 'insudiciamento della camera di scoppio , presenta il fenomeno deila detonazione,, ossia della esplosione prematura, ed inoltre genera una grande quantit? di prodotti di scarico indesiderabili

Anche in un eventuale uso per riscaldamento domestico, come impianti di riscaldamento ambientale, fornelli a gas e simili , esso non pu? essere usato , sia per il pericolo di esplosioni , sia per 1 ? insudiciamento delle auperfiei di scambio termico che vengono a contatto con i prodotti della combustione? La presente invenzione permette ora, in modo sorprendente, di ottenere un gas acetilenico a partire da carburo di calcio il quale presenta caratteristiche di grande stabilit?, anche in presenza di aria ad alta pressione, nonch? caratteristiche di combustione del tutto insolite, con la assenza pressoch? totale di prodotti incombusti ed inquinanti?

Il gas ottenuto secondo la presente invenzione ha dimostrato di avere eccellenti qualit? come combustibile per motori a combustione interna, sia per la mancanza del fenomeno della detonazione, sia per la mancanza pressoch? assoluta di prodotti di inquinamento nello scarico.

Il gas pu? essere usato con sicurezza anche in.impianti domestici, in sostituzione dell'usuale gas --liquefatto in bombole, senza produrre fenomeni d? insudiciamento? Il gas prodotto su scala industriale, pu? esere anche usato come gas combustibile per grandi impianti quali impianti di produzione per l'energia elettrica, impianti navali e simili, tenendo anche in considerazione l'elevato potere calorifico del gas in questione ?

Forma quindi oggetto della presente invenzione un procedimento per la produzione di carburo di calcio capace di fornire ? a contatto con acqua? un gas acetilenico avente qualit? di impiego che io differenziano nettamente dal gas acetilenico ottenuto da carburo di calcio prodotto mediante i metodi della tecnica antecedente

La reazione impiegata nella presente invenzione per ottenere carburo di calcio ? sostanzialmente la stessa impiegata nei metodi antecedenti . 03-sia una reazione tra ossido di calcio (GaO) e carbonio sotto forma di ' carbone -coke, con assorbimento di calore prodotto da un arco elettrico?

A differenza dei procedimenti usati nella tecnica antecedente , tuttavia nella presente invenzione , la reazione avviene in presenza di quantit? piccole , ma significative di osisido di alluminio miscelato con gli usuali reagenti?

La quantit? di ossido di alluminio che deve essere presente nella reazione espressa in peso e calcolata rispetto alla quantit? di GaO presente nella reazione , ? compresa in un campo di 0, 5 fino a 5 % in peso , preferibilmente tale quantit? ? di 1 fino a 1 , 5%j e in modo ottimale ? di circa 1 ,2 %.

Il materiale usato per introdurre l'ossido di alluminio o nella cariba del forno pu? anche essere un minerale contenente ossido di alluminio? Tale minerele pu? anche contenere quantit? minori di ossido di ferro e silice, preferibilmente per? si preferisce che il contenuto di silice sia mantenuto basso. Si preferisce inoltre che tale minerale non contenga composti-quale zolfo e fosforo.

Come minerali contenenti alluminio si possono quindi impiegare per esempio diversi tipi di argil le e un materiale che ha dimostrato di dare eccellenti risultati ? la bauxite.

Da quanto detto sopra,,non ? necessario impiegare ima bauxite depurata, ma si pu? impiegare un minerale di bauxite grezzo contenente una percentuale in reso di A1~G? di circa 20%..nonch? ima quantit? minore di ossido di ferro e silice., Tale materia le si ? dimostrato particolarmente efficace e risulta di costo relativamente basso0

Come materiale di partenza per la reazione, si pu? partire, come detto sopra da ossido c.i calcio, oppure da calcare che viene preliminarmente arrostito per ridurlo ad ossido di calcio- Il calcare e, oppure l'ossido di calcio impiegati nella reazione debbono avere un titolo di purezza piuttosto eievato, per esempio superiore al 95 e si raccomanda che tale materiale contenga in minime quantit? solfati e composti di fosforo?

Come materiale di partenza contenente carbonio possono venire impiegati gli usuali carboni e Scisti carboniosi quali, per esempio, la lignite, .^ antracite, il litantrace e la torba-Qualunque sia il materiale carbonioso d? parteri sa, esso deve essere preventivamente deeatramizzato fino a portarlo allo stato di coke ed in questo stato viene usato nella reazione*

I rapporti quantitativi tra CaO e coke possono essere sostanzialmente quelli abitualmente usati in questo tipo di reazione, cio? circa 65 kg d? coke per 100 kg di CaO* Tuttavia questo rapporto non ? critico e va considerato in particolare tenendo conto dell'elettrodo di carbone che viene usato nel forno, il quale carbone ;viene consumato parzialmente e pu? venir a far parte della reazione.

la reazione avviene in un forno elettrico, i cui elettrodi sono costituiti da una suola e da un elettrodo di carbone tra ? quali viene fatto scorrere l'arco voltaico, sostanzialmente seguendo la.tecnica gi? nota in questo campo*

1' operazione pu? essere eseguita in modo conti?mo o discontinuo Nel primo caso il carburo di calcio fuso durante la reazione pu? essere estratto in modo continuo, mentre i reagenti costituiti t?a GaO e coke vengono introdotti continuamente nel forno-Il procedimento pu? anche essere svolto in modo discontinuo, nel qual caso il materiale di partenza pu? essere calcare o ossido di calcio, nel primo caso l'operazione prevedendo un arrostimento preliminare del calcare per ridurlo ad ossido di calcio -La pezzatura dei materiali introdotti nel forno di reazione ? dell'ordine di grandezza di pezzi granulari? Preferibilmente il minerale contenente l'ossido di alluminio viene introdotto in una granulometria pi? piccola, per esempio una granulometria analoga a quella della sabbia-I materiali vengono disposti in modo da essere uniformemente distribuiti entro il forno.

Viene ora dato un esempio di fabbricazione del carburo di calcio secondo l'invenzione, restando inteso che tale esempio ? soltanto illustrativo e non limitativo-Per la reazione viene usato un forno elettri-* co contenente resistenze di riscaldamento, nonch? un elettrodo inferiore ed elettrodi cavi superioriL?esempio s? riferisce ad un modo di produzione discontinuo , i cui materiali di partenza sono calcare e coke , per un peso totale dalla carica d? 4?,8QQ gc

DI questo totale 3>oOGG g sono di calcare, mentre le 800 g Sono di colte* Questa quantit? di coire viene suddivisa in due parti: una prima parte costituita da 1200 g viene predisposta in pezzatura granulare da 20 - J50 M, mentre il resto (600 g) viene predisposto sotto forma d? gran?glia o grani giretto di 0,1 - 4,4 maio II calcare presenta anche esso una pezzatura di 20 - 40 mm*

Il calcare e i 1200 g di coke vengono mescolati tra loro e posti sulla base del forno , attorno all ! elettrodo inferiore*

Secondo la presente invenzione , insieme al coke e al calcare viene mescolata una quantit? di circa 100 g di graniglia di bauxite avente un tenore di circa 20 % di ossido di alluminio * La pezzatura di questa graniglia ? di circa 0 ,1 fino a 4 ,4 ma* Il forno viene chiuso e la temperatura viene gradualmente portata, utilizzando le resistenze elettriche fino a circa 80C - 900?C per decomporre il calcare ad ossido di calcio e anidride carbonica* Terminata questa operazione si azionano gli elettrodi dell?arco voltaico e contemporaneamente, attraverso gli elettrodi cavi superiori, vengono introdotti i rimanenti 600 g di coke nella pezzatura a granigliette, in maniera tale che l'immissione del granigliette impedisca la fuoriuscita dei gas di combustione dal forno e l'accumulo nelle cavit? degli elettrodi di particelle volatili carboniose che altrimenti non verrebbero utilizzate nella reazione* Questo modo di procedere inoltre permette di limitare il consumo degli elettrodi*

Il materiale cos? ottenuto, che conserva la sua pezzatura granulare, viene fatto raffreddare nel forno, dopo di che viene immagazzinato in contenitori che evitino il contatto del materiale con 1?umidi t? dell'atmosfera*

Questo prodotto, costituito prevalentemente da carburo di calcio, a contatto con acqua abbondante, sviliippa un gas costituito prevalentemente da acetilene .

Il gas, dopo lo sviluppo, pu? essere opportunamznte decantato mediante gorgogliamento in acqua e filtrato per 1'eliminazione della umidit?, per esempio attraverso un filtro contenente particelle di cloruro di calcio o carbone attivo.

Il gas sottoposto ad esame analitico, ha dimostrato di essere costituito prevalentemente da ac?tilene, che brucia senza produrre sostanzialmente residui incombusti, ossia,senza fuliggine? Esso ? altamente stabile anche in presenza di aria , anche quando venga sottoposto ad alta pressione, a differenza del gas acetilenico ottenuto con carburo di calcio prodotto mediante i procedimenti noti ?

Il gas acetilenico della presente invenzione ha dimostrato in modo sorprendente e del tutto imprevedibile che esso pu? essere erogato come combustibile per motori a combustione interna con eccellenti risultati, sia riguardo al rendimento di combustione, sia alla mancanza di depositi insudicienti e di residui di scarico inquinanti? Inoltre il gas nell'uso in motori a combustione interna, non presenta il fenomeno della detonazioni che viene invece regolarmente presentato da acetilene prodotto mediante il carburo ottenuto con la tecnica antecedente o

Il gas acetilenico della presente invenzione, raccolto in contenitori alla pressione di 20 - 25 atmosfere, ? stato erogato alla pressione di 0,5 atmosfere relative* attraverso una valvola del tipo usato per l?alimentazione delle autovetture con gas di petrolio liquefatto, per alimentare motori di diverse automobili con eccellenti risultati? Come gi? detto, un'altra importante caratteristica dei gas della invenzione ? il suo bassissimo tasso di inquinamento nel suo uso per autotrazione? Da una prova effettuata con appositi apparecchi a raggi infrarossi della ditta fiaanuel, l'indice di inquinamento ? risultato pari a 0,003, che ? ina valore di gran lunga inferiore all*indice fornito dalla benzina (pari a 0,6) o al gas di petrolio liquefatto (0,4)0

E' facilmente prevedibile che per un suo uso pi? conveniente nel campo dell'autotrazione, il gas pu? essere portato in forma liquida, attraverso procedimenti gi? noti di liquidizzazione dei gas? Per esempio poich? l'acetilene presenta una temperatura critica piuttosto elevata (circa 36?C) esso pu? essere posto in bombole alla pressione di circa 65 atmosfere anche a temperatura ambiente= Altri metodi per portare il gas in forma liquida possono sfruttare la elevata solubilit? di detto g?s in liquidi organici, come, per esempio, l'acetone*

E* inoltre ovvio che il gas potrebbe essere usato in miscela con altri gas gi? noti, quale per esempio il gas petrolifero liquefatto? oppure un gas ottenuto dalla semplice gassificazione di uno scisto carfconioso decatramiszato*

xl gas della presente invenzione ? stato anche sottoposta a prova per 1?impiego domestico? Esso ? stato erogato attraverso un comune tornello a gas e produce una fiamma con elevato potere calorifico che non lascia tracce di sudiciume sulle pentole, a differenza dell?acetilene prodotta con i metodi noti. Questa caratteristica fa prevedere l?impiego d?i gas in sostituzione totale o parziale dell?attuale gas in 'bombole per uso domestico.

Date le eccellenti caratteristiche d? combustione del gas secondo la presente invenzione, ? facile prevedere che, poich? esso viene ottenuto a partire da carbone, esso potrebbe venire impiegato in tutti quei casi in cui, pur ricorrendo al carbone come fonte energetica, si preferisce utilizzare negli impianti di combustione un combust?bile gassoso, anzich? un combustibile solido.

E; bens? vero che 1'ottenimento del gas presuppone un certo consumo energetico, ma nel ciclo totale di produzione di energia, ai pu? prevedere che l?uso di questo gas sia vantaggioso nei confronti dell'uso diretto del carbone.

Infatti il residuo solido che rimane dopo lo sviluppo del gas dal carburo ? costituito prevalentemente da ideato d? calcio che pu? essere rimesso

Claims

RIVENDICAZIONI
lo Procedimento per la produzione d? carburo di calcio mediante reazione all'arco elettrico di coke e ossido di calcio, caratterizzato dal fatto che detta reazione viene effettuata in presenza di una quantit? compresa fra 0,'5 e 3% in peso di ossido di alluminio, calcolata rispetto al peso di ossido di calcio presente nella reazione*
2* Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui detta quantit? di ossido di alluminio ? compresa tra 1 e 1,5
3-?Procedimento secondo la rivendicazione 1 oppure 2, in cui l'ossido di alluminio ? presente sotto forma di minerale contenente ossido di allum?niOc 4-, Procedim?nto secondo la rivendicazione 2, in cui detto minorale ? "bauxite contenente circa 20 % in peso di ossido di alluminio?
5. Prodotto costituito essenzialmente da carburo di calcio ottenuto con un procedimento quale rivendicato nelle rivendicazioni da 1 a 4.
6. Procedimento per la produzione di gas acetilenico mediante reazione di carburo di calcio e acqua, caratterizzato dal fatto che per la detta reazione viene impiegato il prodotto rivendicato nella rivendicazione 5?
7 Gas combustibile costituito dal gas acetilenico ottenuto secondo il procedimento rivendicato nella rivendicazione 6.
8. Impiego del gas acetilenico rivendicato nella rivendicazione 7,come combustibile per motori a combustione interna?
9 Gas combustibile per motori a combustione interna, costituito dal gas acetilenico rivendicato nella rivendicazione 7*

10, Combustibile per motori a combustione xnter na, costituito dal gas acetilenico rivendicato nella rivendicazione 7, ridotto in forma liquida?

11. Gas combustibile impiegato in impianti di riscaldamento, costituito dal gas acetilenico rivendie&tc zslla rivendicazione 7.

12, Combustibile per motori a combustione interna 5 costituito da una miscela del gas acetilenico rivendicato nella rivendicazione ?s e da un. gas combustibile ottenuto dalla gassificazione d? carbone.

15. Procedimento per la produzione di carburo di calcio e gas acetilenico combustibile ottenuto da detto carburo, sostanzialmente come descritto in precedenza con riferimento agli esempi,

in ciclo per la produzione dell?ossido di ca/lcio, cos? che la fonte primaria di carbone pu?^ ssere trasformata con rendimenti assai elevati in un combustibile gassoso di alta qualit? & di elevato rendimento termico, a spese di una^arta quantit? di calore destinata alla produzione dell'ossido di calcio e alla produzione del carb/uro*

Il gas acetilenico prodotto second o l'invenzione pu? anche ovviamente essere usato con vantaggio come materiale di partenza per la produzione di sostanze chimiche di sintesi?

gas m questione.

Forma quindi oggetto deila presente iifvenzione un procedimento per la produzione di cappuro di calcio capace di fornire ? a contatto con JTequa, un gas acetile-nico avente qualit? di impieg? che lo differenziano nettamente dal gas acetilj?nico ottenuto da carburo di calcio prodotto mediale i metodi della tecnica antecedente *

La reazione impiegata nejfta presente invenzione per ottenere carburo di calcio ? sostanzialmente la stessa impiegata nei/Snetodi antecedenti, ossia una reazione tra osssjfo di calcio (C?O) e carbonio sotto forma di capinone coke , con assorbimento di calore prodotto <$k un arco elettrico.

A differenza dei#)rocedimenti usati nella tecnica antecedente , tuttavia nella presente invenzione , la reazione avviene in presenza di quantit? piccole , ma signif /native di ossido di alluminio miscelato con gli /isuali reagenti ?

La quantit? idi ossido di alluminio che deve essere presente nella reazione espressa in peso e calcolata rispetto alla quantit? di CaO presente nella reazione / ? comprese, in un campo di 5 fino a 30 % in psso? preferibilmente tale quantit? ? di 10 fino a 15 % e in modo ottimale ? di circa 12 %?

RIVENDICAZIONI

1. Procedimento per la produzione di carburo di calcio mediante reaziorle all'arco elettrico di cokb e !ossido di calcio, caratterizzato dal fatto che detta reazione viene effettuata in presenza di una quantit? compresa fra 5 e 50 % in pieso di do di alluminio, calcolata rispetto al peso di os^ sido di calci? presente nella reazione.

2 = Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui detta .quantit? di ossido di alluminio ? com presa tra 10 e lp %.

5 Procedimento secondo la rivendicazione 1 o pure 2, in .cui l'ossido di alluminio ? presente ho to forma di minerale contenente ossido ,di allumini gas in questione *

Forma quindi oggetto della presente invenzione un procedimento per la produzione di carburo di calcio capace "t?i fornire , a contatto con acqua, un gas acetilenico avente qualit? di impiego che lo differenziano nettamente dal gas acetilenico ottenuto da carburo di calcio prodotto mediante i metodi della tecnica antecedente ?

La reazione impiegatja nella presente invenzione per ottenere carburo di calcio ? sostanzialmente le stessa impiegata nei metodi antecedenti , ossia una reazione tra ossido di calcio (CaO) e carbonio sotto forma di carbone coke , con assorbimento di calore prodotto da un arco elettrico.

A differenza dei procedimenti usati nella tecnica antecedente , tuttavia nella presente invenzione , la reazione avviene in presenza di quantit? piccole , ma significative d? ossido di alluminio miscelato con gli usuali reagenti .

La quantit? di ossido di alluminio che deve essere presente nella reazione espressa in peso e calcolata rispetto alla quantit? di CaO presente nella reazione , ? compresa in un campo di 5 f a 30 % in peso , preferibilmente tale quantit
10 fino a 13 %H e in modo ottimale ? di circ