DE2619084A1 - Verfahren zur abscheidung von durch verbrennung von metallcarbonylen entstandenen feinteiligen metalloxiden aus einem gasstrom - Google Patents

Verfahren zur abscheidung von durch verbrennung von metallcarbonylen entstandenen feinteiligen metalloxiden aus einem gasstrom

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Description

BASF Aktiengesellschaft
Unser Zeichen: O. Z. 31 971 Ki/ML 6700 Ludwigshafen, den 27.04.1976
Verfahren zur Abscheidung von durch Verbrennung von Metallcarbonylen entstandenen feinteiligen Metalloxiden aus einem Gasstrom
Peinteiliges, kornweiches und hochreines Eisenoxid läßt sich durch Verbrennung von Eisencarbonyl mit Luft herstellen. Hierbei wird generell so verfahren, daß in einem Reaktor fein verdüstes Eisencarbonyl mit einem Überschuß an Luft verbrannt wird. Die über 55O0C heißen Verbrennungsprodukte werden anschließend über einen Luftquench bzw. über Abkühlstrecken zu den Abscheidevorrichtungen für das feinteilige Eisenoxid geführt. Bei diesem Verfahren stellt die Neigung des Eisenoxids, sich an kalten Wandflächen der Kühlvorrichtungen festzusetzen, ein besonderes Problem dar. Wird der heiße Strom der Verbrennungsprodukte durch Außenkühlung abgekühlt, dann verhindern die an der Wand sich bildenden Oxidfilze weitgehend den notwendigen Wärmeübergang, was infolge der dann ausbleibenden Kühlung der Oxidteilchen leicht zu Beschädigungen der Filteranlage führt. Besonders unerwünscht ist, wenn es durch ständig dicker werdende Wandanbackungen gar zu Verstopfungen der Rohrleitungen kommt.
Die bisher bekannten Maßnahmen zur Verhinderung bzw. Beseitigung der Oxidanbackungen sind unbefriedigend. Sie beschränken sich auf mechanisches Abklopfen oder pneumatische Abreinigungen. Erstere Reinigungsmethode ist arbeitsintensiv und aufwendig, letztere ist relativ ineffektiv und hat den Nachteil, daß große Luftmengen zur Freihaltung der Rohrwandungen gebraucht werden, was eine oft nicht mehr tragbare Vergrößerung des Filters zur Folge hat. Versuche durch bloße Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit der Verbrennungsprodukte Oxidanbackungen und Verstopfungen zu vermeiden, schlugen fehl. So war es z.B. im Labor nicht möglich, ein gerades Rohr freizuhalten, selbst nachdem die Strömungsgeschwindigkeit der Verbrennungsprodukte auf mehr als 30 m/sec gesteigert wurde.
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Ein weiteres Problem beim Verfahren der Carbonylverbrennung ist die Abscheidung des Eisenoxid-Peststoffes, zumal das feinteilige Produkt (mittlere Teilchengröße bis 50 S) stets zusammen mit einer sehr hohen Gasmenge anfällt. Diese Probleme treten insbesondere bei der Herstellung von lasierenden Pigmenten auf, da hier die Verbrennung mit einem sehr großen Gasüberschuß durchgeführt wird. So kommen gemäß der DT-OS 2 3t1 196 90 n? Gas auf 1 kg Eisenoxid. Bekannte Abscheidungsvorrichtungen wie Zyklone erwiesen sich bei der geringen Teilchengröße des Peststoffes als nahezu unwirksam und Filter müssen übermäßig groß ausgelegt werden, wenn sie das hohe Gasvolumen bewältigen wollen, in welchem der Peststoff aerosol-artig schwebt. Ein weiterer Nachteil bei der Anwendung von Filtern als Abscheidevorrichtungen besteht darin, daß die abgeschiedenen Teilchen stark verfilzen und der Druck am Filter in kurzer Zeit stark ansteigt.
Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Abscheidung von durch Verbrennung von Metallcarbonylen entstandenen feinteiligen Metalloxiden aus einem Gasstrom durch Filtration bereitzustellen bei dem die oben aufgezeigten Nachteile nicht auftreten.
Es wurde gefunden, daß man diese Aufgabe dadurch lösen kann, daß man den metalloxidhaltigen Gasstrom auf dem Wege zur Filtration in einer rohrförmigen Wegstrecke eine permanente Richtungsänderung erteilt, mit der Maßgabe, daß die durch die Richtungsänderung bewirkte Zentrifugalbeschleunigung mindestens das 1000- bis 10000-fache der Erdbeschleunigung beträgt.
Das Verfahren läßt sich so durchführen, daß man zwischen dem Reaktor, in dem die Verbrennung erfolgt und dem Filter ein Rohrstück einfügt, das z.B. wendelförmig oder sonstwie gebogen ist. Das Rohr kann einen beliebig geformten Querschnitt haben. Es kann kreisförmig, elliptisch oder auch rechteckig sein. Die Krümmung des Rohres ist in Abhängigkeit der Geschwindigkeit des Gasstromes, die üblicherweise von 10 bis 300 m/sec beträgt, so zu wählen, daß die Zentrifugalbeschleunigung das 1000- bis 10000-fache der Erdbe-
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schleunigung beträgt. Im Falle einer Rohrwendel ergibt sich unter Zugrundelegung der genannten Geschwindigkeiten der Radius zwangsläufig.
Um eine befriedigende Wirkung zu erzielen, genügt es die Länge des Rohres so zu wählen, daß sidibei den genannten Geschwindigkeiten Verweilzeiten von 0,1 bis 2 see ergeben. Innerhalb dieses Bereiches können die Verweilzeiten umso kleiner sein, je größer die Strömungsgeschwindigkeiten und die eingestellte Zentrifugalbeschleunigung ist.
Durch die erfindungsgemäße Arbeitsweise werden die Metalloxidteilchen agglomeriert, so daß an den nachgeschalteten Filtern auch nach längerem Betrieb keine wesentliche Druckerhöhung feststellbar ist. Die erfindungsgemäße Arbeitsweise bietet den weiteren Vorteil, daß der Gasstrom auf seinem Wege zum Filter indirekt durch Kühlung der Rohrwandungen gekühlt werden kann, ohne daß Ablagerungen auftreten. Auf diese Weise kann die direkte Kühlung durch Zudosierung kalter Gase vermieden oder verringert werden, was sich wegen der geringeren Gasmengen vorteilhaft auf die anschließende Filtration auswirkt, z.B. kann die Temperatur des Gases von üblicherweise 500 bis 900°C auf 10 bis 1500C durch indirekte Kühlung ohne Nachteile erniedrigt werden.
Beispiel 1
A) In einem beheizten Reaktor werden 10 kg/h Eisenpentacarbonyl eingedüst und mit einem Überschuß an Luft (90 Ncbm/h) verbrannt. Der 6000C heiße Strom der Verbrennungsprodukte wird mit 200 Ncbm Luft auf Temperaturen unter 2000C gekühlt und in einen Filterbehälter geleitet, wo das feinteilige Eisenoxid an Schlauchfiltern mit pneumatischer Abreinigung abgeschieden wird.
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Die Filterfläche beträgt 24 m . Die mittlere Korngröße des Eisenoxidpulvers beträgt 70 8. Das Filtermaterial besteht aus einem Polyamid-Nadelfilz, der 2,5 mm dick ist und eine
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Dichte von 0,20 g/cnr aufweist. Seine Luftdurchlässigkeit beträgt 200 1/min/dm2 bei 20 ram WS nach DIN 53 ÖÖ7. Mit zunehmender Versuchsdauer steigt der Pilterdruck immer mehr an und stabilisiert sich nach ca. 2 Stunden bei dem sehr hohen Wert von 600 mm Wassersäule.
B) Obiger Versuch wird unter sonst identischen Bedingungen aber unter Erniedrigung der Quenchluft auf 40Ncbm und mit einer zwischen Reaktor und Filter eingebauten Rohrwendel durchgeführt. Die Rohrwendel besteht aus einem Doppelrohr, das zu einer Wendel mit 11 Windungen und einem Windungsdurchmesser von 550 mm geformt ist. Der lichte Durchmesser des Innenrohres beträgt 42 mm. Im Innenrohr strömt das Gas mit einer Geschwindigkeit von ca. 50 m/sec, im Ringraum zwischen Außen- und Innenrohr Wasser mit einer Eintrittstemperatur von 8°C im Gegenstrom zum Gas. Hieraus ergibt sich eine Zentrifugal-
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beschleunigung von 10000 m/sec entsprechend dem 1000-fachen der Erdbeschleunigung. Die Verweilzeit des Gases in der Rohrwendel beträgt rund 0,4 see.
Selbst nach 5 Tagen haben sich im Innenrohr keine Ablagerungen gebildet. Die .Agglomerationswirkung in der Wendel ist dabei so gut, daß das Filter mühelos das Eisenoxid abscheidet, Der Filtervordruck liegt stets unter 10 mm Wassersäule.
Beispiel 2
A) In einem beheizten Glasreaktor werden 180 ml/h Eisenpentacarbonyl mit 150 l/h Luft verbrannt. Am Ende des Reaktors werden weitere 150 l/h Quenchluft mit den heißen Verbrennungsgasen vermischt. Anschließend wird der 3000C heiße Gasstrom durch eine wassergekühlte Glaswendel einem Zyklon zugeführt. Das Kühlwasser hat eine Temperatur von 8°C. Das zur Wendel geformte 3 m lange Glasrohr hat 30 Windungen mit einem Windungsdurchmesser von 20 mm. Der lichte Durchmesser des Glasrohres ist so gewählt, daß die Verbrennungsprodukte eine Geschwindigkeit von 10 m/s umgerechnet auf Normalbe-
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dingungen haben. Hieraus ergibt sich eine Zentrifugalbeschleunigung von 25000 m/sec , entsprechend dem 2500-fachen der Erdbeschleunigung. Die Verweilzeit des Gases in der Rohrwendel beträgt 0,2 see.
Die Wendel bleibt während einer Versuchsdauer von mehreren Tagen völlig frei von Ablagerungen. Die Temperatur des Produktstromes ist am Ende der Wendel auf unter 500C abgefallen und das FepO,-Pulver ist so weitgehend agglomeriert, daß es mit über 90 iS-iger Ausbeute in eine Zyklon aus Glas abgeschieden werden kann.
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Claims (3)

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1. Verfahren zur Abscheidung von durch Verbrennung von Metallcarbonylen entstandenen feinteiligen Metalloxiden aus einem Gasstrom durch Filtration, dadurch gekennzeichnet, daß man den metalloxidhaltigen Gasstrom in einer rohrförmigen Wegstrecke eine permanente Richtungsänderung erteilt, mit der Maßgabe daß die durch die Richtungsänderung bewirkte Zentrifugalbeschleunigung mindestens das 1000 bis 10000-fache der Erdbeschleunigung beträgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit des Gasstromes in der rohrförmigen Wegstrecke von 10 m/sec bis 300 m/sec beträgt.
3. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verweilzeit des Gasstromes in der rohrförmigen Wegstrecke 0,1 bis 2 see beträgt.
k. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasstrom gekühlt wird.
BASF Aktiengesellschaft
L"
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ORfGfNAL INSPECTED
DE2619084A 1976-05-03 1976-05-03 Verfahren zur Abscheidung von durch Verbrennung von Metallcarbonylen entstandenen feinteiligen Metalloxiden aus einem Gasstrom Expired DE2619084C3 (de)

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