NO176885B - Anvendelse av rent karbon i form av karbonpartikler som anodemateriale til aluminiumfremstilling - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører anvendelse av karbon i ren form med utgangspunkt i naturgass eller metan.

Spalting av hydrokarboner for fremstilling av karbon er velkjent og det eksisterer en rekke metoder til dette formål. Fra US 1 392 266, US 3 342 554, US 3 409 403, US 4 101 639 og GB 1 400 266 er kjente fremgangsmåter og prosesser for produksjon av karbon ved spalting av hydrokarboner i en reaktor. Karbonet kan anvendes som tilsetningsstoff til produkter i gummiindustrien, i maling- og lakkindustri og i elektroteknisk industri. Det er imidlertid kun pekt på generell anvendelse av karbonet. Anvendelsen av bestemte karbon-kvaliteter for å oppnå spesielle egenskaper for produktene er ikke beskrevet.

I EP 50 681 er vist til anvendelse av amorft karbon i elektroder .

Fremstilling av karbon på basis av metan er også beskrevet i norsk patentsøknad nr. 91 4904 fra samme søker. Ved den metode som er beskrevet i denne søknad har det vist seg mulig å spalte hydrokarboner på en slik måte at karbonets fysikalske egenskaper i stor utstrekning kan forhåndsinnstilles på grunnlag av inngitte prosessparametre.

Dette har vist seg å være en meget verdifull mulighet som kan bidra til større anvendelsesområder og til å oppnå bedre kvalitet for produkter hvor det allerede i dag benyttes karbon som basismateriale.

Det har vært ønskelig å finne nye anvendelser for karbon basert på produksjon fra naturgass, da naturgassressursene man har kunnet påvise er meget store. Metan er en hydrokarbongass som foreligger i store mengder, er rimelig og har vist seg velegnet som utgangsmateriale til fremstilling av rent karbon og hydrogen. Man har heller ikke i tilstrekkelig grad vært oppmerksom på muligheten til og betydningen av å kunne bruke rent karbon som utgangsmateriale for sluttprodukter.

Den foreliggende oppfinnelse har derfor til oppgave å fremskaffe nye anvendelsesområder for karbon og spesielt av rent karbon. Videre er en hensikt med oppfinnelsen å fremskaffe anvendelsesmuligheter av disse stoffer i form av både økonomisk gunstig utgangsmaterialer og som kvalitetsforbedrende materiale.

Disse hensikter oppnås ved anvendelse av rent karbon som er fremstilt ved spalting av naturgass eller metan i sine utgangsstoffer som anodemateriale ved aluminiumsfremstilling.

Oppfinnelsen angår anvendelse av rent karbon i form av karbonpartikler, fremstilt ved spalting av naturgass og/eller metan i karbon og hydrogen hvor utgangsmaterialet føres gjennom en plasmabrenner, som bevirker en pyrolytisk spalting av utgangsmaterialet og hvor reaksjonen finner sted i et reaksjonsområde, hvor utgangsmaterialet, fortrinnsvis metan, transporteres gjennom plasmabrenneren i et temperaturregulert innføringsrør hvor det har en temperatur lavere enn 1000"C, fortrinnsvis lavere enn 700°C når det forlater innførings-røret, hvor utgangsmaterialet undergår en første tilnærmet ensartet oppvarming i et område i umiddelbar nærhet av plasmaflammen, hvor utgangsmaterialet innmates sentralt i forhold til plasmabrennerens flamme hvor plasmaflammen omgir reaktanten, hvor det i et område umiddelbart etter plasmaflammen foregår en blanding av hydrokarbonmaterialet og plasmagassen som fortrinnsvis er hydrogen og som fortrinnsvis er resirkulert, idet temperaturen økes til over 1600°C som er spaltningstemperaturen for råmaterialet, og hvor det i dette området dannes fritt hydrogen og dehydrogenert karbonmateriale i væskedråpeform, hvor det på denne måten dannede materiale føres videre til ett eller flere etterfølgende trinn hvor temperaturen holdes mellom 1200°C og 1600°C og hvor den endelige og fullstendige oppspalting av hydrokarbonene til carbon black og hydrogen foregår, hvor det i dette området eventuelt tilsettes ytterligere råmateriale som bevirker en bråkjøling og som reagerer med det allerede dannede carbon black og derved bevirker en økning av partikkelstørrelse, tetthet og produsert mengde uten ytterligere energitilførsel, hvoretter de dannede produkter føres ut og skilles og eventuelt varm gass føres i et returløp til brenneren for ytterligere å øke energiutbyttet, og hvor temperaturene i reaksjonsområdet reguleres ved innstilling av matenastigheten for reaktant og plasmagass og/eller ved regulering av energitilførselen til plasmabrenneren og/eller ved innstilling av trykket i reaksjonsområdet, som anodemateriale til aluminiumfremstilling.

Det har overraskende vist seg at det med utgangspunkt i naturgass eller metan som spaltes i sine utgangsstoffer, nemlig karbon og hydrogen kan oppnås spesielle karbonmaterialer hvor karbonets egenskaper, dvs. dets spesifikke vekt, partikkel-størrelse, overflate, beskaffenhet, porøsitet og struktur kan innstilles under fremstillingen slik at det oppnådde slutt-produkt er spesielt egnet til de spesielle ovenfornevnte formål. Bruken av naturgass som utgangsmateriale gir et rimelig karbon med spesialegenskaper til spesielle formål og det har vist seg at det ved den spesielle anvendelse ifølge oppfinnelsen er oppnådd elektroder med spesielt gunstige egenskaper, som i aluminiumsindustrien muliggjør en langt mer forurens-ningsfri fremstillingsprosess.

De anvendelsesmuligheter som er fremkommet ved oppfinnelsen, har vist seg svært overraskende. Ved å benytte de angitte utgangsprodukter, naturgass eller metan, og utnytte de muligheter dette spesielle utgangsmateriale har, med de muligheter som er fremkommet til å innstille det dannede karbons fysikalske egenskaper har medført den overraskende effekt at anvendelsen til de nevnte formål har gitt en markant produktforbedring av sluttproduktet og har gitt slutt-produsenten et betydelig større spillerom for innstilling av spesielle produktkvaliteter. Som elektrodemateriale gjør oppfinnelsen det mulig å fremstille meget rene elektroder med rimelige kostnader slik at forurensninger fra fremmedstoffer vidtgående unngås.

I fordelaktig videre utforming av oppfinnelsen vil det også

være mulig til de spesielle anvendelser å benytte tilsetninger som kan være gunstige i den spesielle sammenheng. Oppfinnelsen gir således en rekke nye produktmuligheter på det angitte område hvor forurenset karbon kan erstattes med et helt rent karbon med tilsvarende eller bedre egenskaper.

Ved modifisering av reaktoratmosfære, dvs. tilsats av f.eks. oksyderende medium som 02, luft, H2O, C02 eller andre, styres karbonets fysikalske egenskaper som BET, DBP, pH og partikkel-form både hver for seg og innbyrdes til ønsket verdi.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives nærmere ved hjelp av et eksempel på anvendelsen.

Eksempel

Anvendelse som anodemateriale til aluminiumfremstilling.

ANODEMATERIALE TIL ALUMINIUMFREMSTILLING

Krav til karbonet:

- "ingen" struktur, d.e. kvalitet "tyngre" enn N-990.

- Stor grafitteringsgrad gir karbonpartikler med krystal-linsk form/god ledningsevne.

liten reaktivitet (liten åpen porøsitet).

Karbon med bindemiddel etterbehandles til riktig produktform

("koks", brikett, agglomerat med "tett" struktur)

Krav til produsert anodemateriale: Tetthet: : 1,5 - 1,6 g/cm<3>

Spes.el. ledn.evne : 30-60 n^ tm Trykkstyrke : ca. 45 M Pa Tot. porøsitet : ca. 3 0%

Claims (1)

1. Anvendelse av rent karbon i form av karbonpartikler, fremstilt ved spalting av naturgass og/eller metan i karbon og hydrogen hvor utgangsmaterialet føres gjennom en plasmabrenner, som bevirker en pyrolytisk spalting av utgangsmaterialet og hvor reaksjonen finner sted i et reaksjonsområde,

   hvor utgangsmaterialet, fortrinnsvis metan transporteres gjennom plasmabrenneren i et temperaturregulert innføringsrør hvor det har en temperatur lavere enn 1000°C, fortrinnsvis lavere enn 700°C når det forlater innføringsrøret,

   hvor utgangsmaterialet undergår en første tilnærmet ensartet oppvarming i et område i umiddelbar nærhet av plasmaflammen, hvor utgangsmaterialet innmates sentralt i forhold til plasmabrennerens flamme hvor plasmaflammen omgir reaktanten,

   hvor det i et område umiddelbart etter piasmaflammen foregår en blanding av hydrokarbonmaterialet og plasmagassen som fortrinnsvis er hydrogen og som fortrinnsvis er resirkulert, idet temperaturen økes til over 1600°C som er spaltningstemperaturen for råmaterialet, og hvor det i dette området dannes fritt hydrogen og dehydrogenert karbonmateriale i væskedråpeform, hvor det på denne måten dannede materiale føres videre til ett eller flere etterfølgende trinn hvor temperaturen holdes mellom 12 00°C og 1600°C og hvor den endelige og fullstendige oppspalting av hydrokarbonene til carbon black og hydrogen foregår, hvor det i dette området eventuelt tilsettes ytterligere råmateriale som bevirker en bråkjøling og som reagerer med det allerede dannede carbon black og derved bevirker en økning av partikkelstørrelse, tetthet og produsert mengde uten ytterligere energitilførsel, hvoretter de dannede produkter føres ut og skilles og eventuelt varm gass føres i et returløp til brenneren for ytterligere å øke energiutbyttet, og hvor temperaturene i reaksjonsområdet reguleres ved innstilling av matehastighetene for reaktant og plasmagass og/eller ved regulering av energitilførselen til plasmabrenneren og/eller ved innstilling av trykket i reaksjonsområdet, som anodemateriale til aluminiumfremstilling.