ES2243645T3 - Procedimiento de produccion de carburo de molibdeno. - Google Patents
Procedimiento de produccion de carburo de molibdeno.Info
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Abstract
Un procedimiento para producir carburo de molibdeno (12), que comprende: calentar un material precursor (14) en una primera zona de calentamiento (20) en presencia de un gas reductor (64) y un gas de carbonización (63), teniendo la primera zona de calentamiento (20) una primera temperatura, siendo dicha primera temperatura al menos 540ºC; desplazar el material precursor (14) a una segunda zona de calentamiento (21) para formar carburo de molibdeno (12) a partir del material precursor (14), teniendo la segunda zona de calentamiento (21) una segunda temperatura, siendo la segunda temperatura al menos 100ºC más caliente que la primera temperatura, midiéndose dichas temperaturas en el centro de cada una de las citadas zonas de calentamiento; y desplazar el material precursor (14) a una tercera zona de calentamiento (22), teniendo la tercera zona de calentamiento (22) una tercera temperatura, siendo dicha tercera temperatura más caliente que dicha segunda temperatura, midiéndose dichas temperaturas en el centro de cada una de dichas zonas de calentamiento.
Description
Procedimiento de producción de carburo de
molibdeno.
La invención se refiere de forma general a
carburos de molibdeno y, más en particular, a un procedimiento para
la producción de carburo de molibdeno.
El hidrógeno reacciona con oxígeno generando
energía mientras produce agua en lugar de los contaminantes
típicamente asociados con la combustión de combustibles fósiles.
Por tanto, el hidrógeno es potencialmente una fuente significativa
de energía "limpia". Entre otros usos, el hidrógeno también se
utiliza industrialmente para la síntesis química (por ejemplo,
síntesis de metanol y amoníaco).
Las fuentes de hidrógeno incluyen metano, un
componente significativo del gas natural relativamente abundante.
Los procedimientos tales como reformado con vapor y reformado en
seco de metano se pueden usar para producir hidrógeno gas y
monóxido de carbono. No obstante, los catalizadores requeridos para
estas reacciones están realizados de forma típica en metales nobles
costosos tales como oro, platino, indio, rutenio y níquel. Además,
estos catalizadores se deben reemplazar con frecuencia puesto que
éstos tienden a taponarse y desactivarse finalmente por depósitos de
carbón. Los carburos de molibdeno (MoC y/o Mo_{2}C) han
demostrado ser una alternativa viable y menos costosa a los
catalizadores de metales nobles para una diversidad de reacciones,
incluyendo la oxidación de metano para formar hidrógeno gas.
Se han desarrollado diversos procedimientos para
producir carburo de molibdeno. Conforme a uno de tales
procedimientos para producir Mo_{2}C, como se describe en el
documento EP-A-1 088 788, se carga
molibdato amónico en polvo en un revestimiento interno de cuarzo y
se coloca en un horno rotatorio. El sistema se purga primero con
nitrógeno, luego se introduce una mezcla de hidrógeno y monóxido de
carbono. Inicialmente, la temperatura se fija a 300ºC para
descomponer el molibdato amónico. A continuación, se puede ir
aumentando escalonadamente la temperatura solo desde 2ºC a 20ºC por
minuto. El Mo_{2}C se forma durante un proceso de humectación de
tres a cinco horas entre 550ºC y 600ºC. Seguidamente se enfría el
reactor y se puede pasivar el Mo_{2}C en polvo con oxígeno
diluido o aire después de enfriar el polvo hasta temperatura
ambiente.
Sin embargo, este procedimiento para producir
carburo de molibdeno requiere que la velocidad de incremento de
temperatura no supere 20ºC por minuto y así es un proceso lento.
Además, es un procedimiento discontinuo, que ralentiza la
producción y aumenta los costes de producción. El documento US 4 515
763 describe procedimientos para producir carburos y nitratos de
alta superficie específica y, en particular, un procedimiento para
preparar un carburo de molibdeno de alta superficie específica a
partir de un óxido, teniendo dicho carburo al menos un aumento de
cinco veces en la superficie específica con respecto a dicho óxido,
comprendiendo el procedimiento, en un primer calentamiento,
calentar dicho óxido hasta una temperatura antes de la reducción
significativa y formación de dicho carburo; y, en un segundo
calentamiento después de dicho primer calentamiento, continuar
calentando dicho óxido de forma sustancialmente uniforme y continua
a un intervalo de aproximadamente 0,1º a 5ºK/min en presencia de un
ambiente reductor y una fuente de carbón.
El contenido del documento EP 1 088 788 A2 se ha
resumido en la parte introductoria de la memoria descriptiva
original, a saber, en la página 1, antes del último párrafo. Es
bastante evidente que el documento D2 no describe un procedimiento
en dos etapas.
El documento US 2 402 084 y el documento EP 1 162
281 A1 se refieren a la producción de molibdeno metálico más que a
carburo de molibdeno y, además, el documento EP 1 162 281 A1, que es
efectivo según los Artículos 54(3) y 54(4) del EPC,
describe un procedimiento en una única etapa continuo.
En un artículo de J.S. Lee, L. Volpe, F.H.
Ribeiro and M. Boudart, "Molybdenum Carbide Catalysts",
Journal of Catalysis 112 (1988), Julio, Nº 1, Duluth, MN,
US, se resumen ciertas propiedades de MoC_{1-x} y
también de Mo_{2}C.
Un aparato para producir carburo de molibdeno
para un material precursor puede comprender un gas de proceso y una
cámara de proceso. El material precursor y el gas de proceso se
reciben en la cámara de proceso. Una porción de una cámara de
proceso que comprende una primera zona de calentamiento se calienta
hasta una primera temperatura y otra porción de la cámara de
proceso que comprende una segunda zona de calentamiento se calienta
hasta una segunda temperatura al menos 100ºC más caliente que la
primera temperatura. Un sistema de transferencia asociado de forma
operativa con la cámara de proceso mueve el material precursor a
través de las zonas de calentamiento primera y segunda en presencia
del gas de proceso. El material precursor reacciona con el gas de
proceso dentro de la cámara de proceso formando carburo de
molibdeno.
\newpage
Una realización del procedimiento para producir
carburo de molibdeno puede comprender las etapas de: calentar un
material precursor hasta una primera temperatura en una primera zona
de calentamiento en presencia de un gas reductor y un gas de
carbonización y desplazar el material precursor a una segunda zona
de calentamiento, que tiene una segunda temperatura al menos 100ºC
más caliente que la primera temperatura.
Las realizaciones ilustrativas y actualmente
preferidas de la invención se ilustran en los dibujos, en los
que:
La Figura 1 es una representación esquemática en
sección transversal de una realización de aparato para producir
carburo de molibdeno;
La Figura 2 es una vista en sección transversal
de tres secciones de una cámara de proceso que ilustran la
producción de carburo de molibdeno;
y
La Figura 3 es un diagrama de flujos que ilustra
una realización de un procedimiento para producir carburo de
molibdeno conforme a la invención.
El aparato 10 (Figura 1) se muestra y describe en
la presente memoria que se puede usar para producir carburo de
molibdeno 12. De forma resumida, los carburos de molibdeno (MoC y/o
Mo_{2}C) ofrecen una alternativa viable y menos costosa a los
catalizadores de metales nobles para una diversidad de reacciones,
incluyendo la producción de hidrógeno. Aunque se han desarrollado
diversos procedimientos para producir carburos de molibdeno, estos
tienden a ser no continuos y lentos. Por ejemplo, un procedimiento
discontinuo para producir Mo_{2}C requiere que la velocidad de
incremento de temperatura no supere 20ºC por minuto. En cambio,
sería deseable producir carburo de molibdeno de forma continua y
eficaz en costes, en particular, para aplicaciones industriales y
comerciales.
De acuerdo con las enseñanzas de la invención, se
describen las realizaciones de aparato 10 para producir carburo de
molibdeno 12. El aparato 10 puede comprender un gas de proceso 62 y
una cámara de proceso 34. El material precursor 14 (por ejemplo,
MoO_{3}) y el gas de proceso 62 (por ejemplo, una mezcla de gases
hidrógeno y monóxido de carbono) es recibido en la cámara de proceso
34. Por ejemplo, para la producción de MoC, la cámara de proceso 34
puede comprender zonas de calentamiento 20, 21 y 22, en las que la
primera zona de calentamiento 20 se calienta hasta aproximadamente
555ºC, y la segunda y tercera zonas de calentamiento 21 y 22 se
calientan cada una hasta aproximadamente 900ºC. O por ejemplo, para
la producción de Mo_{2}C, la cámara de proceso 34 puede
comprender zonas de calentamiento 20, 21 y 22, calentándose la
primera zona de calentamiento 20 hasta aproximadamente 555ºC, la
segunda zona de calentamiento 21 se calienta hasta aproximadamente
800ºC, y la tercera zona de calentamiento 22 se calienta hasta
aproximadamente 1000ºC. En cualquier caso, el material precursor 14
reacciona con el gas de proceso 62 en la cámara de proceso 34
formando carburo de molibdeno 12 producto.
El aparato 10 puede funcionar como sigue para
producir carburo de molibdeno 12 a partir de un material precursor
14 (por ejemplo, óxido molíbdico (MoO_{3})). Como una etapa del
procedimiento, el material precursor se calienta hasta una primera
temperatura en una primera zona de calentamiento 20 (por ejemplo, en
la zona de calentamiento 1 del horno 16) en presencia de un gas
reductor 64 y un gas de carbonización 63. A continuación, se
desplaza el material precursor a una segunda zona de calentamiento
21 (por ejemplo, en la zona de calentamiento 2) que está a una
temperatura al menos 100ºC mayor que la primera zona de
calentamiento 20 para formar el carburo de molibdeno 12
producto.
Por consiguiente, el aparato y procedimiento se
pueden usar para producir MoC y Mo_{2}C de una forma continua. Con
preferencia, no se requiere manipulación intermedia durante la
producción del carburo de molibdeno 12 producto. Es decir, el
material precursor 14 se alimenta preferiblemente a un extremo 15 de
la entrada de producto del horno 16, y el carburo de molibdeno 12
producto se extrae de un extremo 17 de descarga de producto del
horno 16, permitiendo que el carburo de molibdeno se produzca en
aproximadamente tres horas. Como tal, la producción de carburo de
molibdeno 12 conforme a las realizaciones de la invención es menos
laboriosa, más rápida y los costes de producción pueden ser menores
que los procedimientos convencionales para producir carburo de
molibdeno.
Una vez descrito de forma general el aparato y
procedimientos para la producción de carburo de molibdeno, así como
algunas de las características y ventajas más significativas de la
invención, se describirán ahora con más detalle diversas
realizaciones de la invención.
Una realización del aparato 10 para producir
carburo de molibdeno 12 (es decir, MoC y/o Mo_{2}C) conforme a
realizaciones de la invención se muestra en la Figura 1. Como
introducción, el aparato 10 puede comprender de forma general un
horno 16, un sistema de transferencia 32 y un gas de proceso 62,
cada uno de los cuales se explicará con más detalle más adelante.
El sistema de transferencia 32 se puede usar para introducir un
material precursor 14 en el horno y desplazarlo a través del horno
16, por ejemplo, en la dirección ilustrada por la flecha 26.
Además, el gas de proceso 62 se puede introducir en el horno 16,
por ejemplo, en la dirección ilustrada por la flecha 28. Por
consiguiente, el gas de proceso 62 reacciona con el material
precursor 14 en el horno 16 formando carburo de molibdeno 12
producto, como se explica con más detalle a continuación con
respecto a realizaciones del procedimiento de la invención.
En la Figura 1 se muestra un aparato 10 para
producir carburo de molibdeno y se describe con respecto a la misma.
El aparato 10 comprende con preferencia un horno tubular 16
rotatorio. Por consiguiente, el sistema de transferencia 32 puede
comprender al menos una cámara de proceso 34 que se prolonga a
través de tres zonas de calentamiento 20, 21 y 22 del horno 16, y a
través de una zona de enfriamiento 23. Además, el sistema de
transferencia 32 puede comprender también un sistema 36 de
alimentación para alimentar el material precursor 14 a la cámara de
proceso 34, y una tolva 38 de descarga en el extremo final de la
cámara de proceso 34 para recoger el carburo de molibdeno 12
producto que se produce en la cámara de proceso 34.
Antes de comenzar una descripción más detallada
del aparato 10, sin embargo, debe quedar claro que se contemplan
otras realizaciones del horno 16 y sistema de transferencia 32. El
horno puede comprender cualquier horno adecuado o diseño del mismo,
y no queda limitado al horno tubular rotatorio 16, mostrado en la
Figura 1 y descrito con más detalle a continuación. Por ejemplo,
conforme a otras realizaciones de la invención, el horno 16 puede
comprender también, aunque sin quedar limitados a los mismos, más
de un horno distinto (por ejemplo, en lugar de un único horno 16 que
tiene zonas de calentamiento 20, 21, 22 separadas que están
definidas por tabiques refractarios 46 y 47). Igualmente, el
sistema de transferencia 32, mostrado en la Figura 1 y descrito con
más detalle a continuación, puede comprender una diversidad de
medios para introducir el material precursor 14 en el horno 16,
para desplazar el material precursor 14 a través del horno 16, y/o
para recoger el carburo de molibdeno 12 producto del horno 16. Por
ejemplo, en otras realizaciones, el sistema de transferencia 32
puede comprender la introducción manual (no mostrada) del material
precursor 14 en el horno 16, una cinta transportadora (no mostrada)
para desplazar el material precursor 14 a través del horno 16, y/o
un brazo de recogida mecánico (no mostrado) para retirar el carburo
de molibdeno 12 producto del horno 16. Otras realizaciones del
horno 16, y el sistema de transferencia 32, no mostradas o
desarrolladas posteriormente, también se contemplan por ser parte
del alcance de la invención, como será fácilmente evidente a partir
de la siguiente descripción detallada de las realizaciones
preferidas del aparato 10.
Volviendo ahora a una descripción detallada de
realizaciones preferidas del aparato 10, puede estar asociado
operativamente un sistema 36 de alimentación con la cámara de
proceso 34. El sistema 36 de alimentación puede introducir
continuamente el material precursor 14 en el horno 16. Además, el
sistema 36 de alimentación puede introducir también el material
precursor 14 en el horno 16 a una velocidad constante. Por ejemplo,
el sistema 36 de alimentación puede comprender un sistema de
alimentación de dosificación de sólidos para introducir de forma
continua el material precursor 14 en un extremo de la cámara de
proceso 34 a una velocidad constante.
Se sobreentiende que conforme a otras
realizaciones de la invención, el material precursor 14 puede
introducirse de otros modos en el horno 16. Por ejemplo, el sistema
36 de alimentación puede alimentar el material precursor 14 en el
horno 16 de forma intermitente o por cargas. También se contemplan
otros diseños para el sistema 36 de alimentación que están dentro
del alcance de la invención y pueden diferenciarse dependiendo de
consideraciones de diseño y parámetros de proceso, tales como la
capacidad de producción del carburo de molibdeno 12 producto.
En cualquier caso, el material precursor 14 se
introduce preferiblemente en el horno 16 alimentando el mismo a la
cámara de proceso 34. La cámara de proceso 34 se prolonga
preferiblemente a través de una cámara 44 que está formada en el
horno 16. La cámara de proceso 34 puede estar situada en la cámara
44 para que se prolongue sustancialmente a través de las zonas de
calentamiento 20, 21 y 22 del horno 16. Con preferencia, la cámara
de proceso 34 se prolonga en porciones aproximadamente iguales a
través de cada una de las zonas de calentamiento 20, 21 y 22 aunque
no es necesario. Además, la cámara de proceso 34 puede prolongarse
más allá de las zonas de calentamiento 20, 21 y 22 del horno 16 y a
través de una zona de enfriamiento 23.
De acuerdo con realizaciones preferidas de la
invención, la cámara de proceso 34 es una cámara de proceso de
aleación de alta temperatura (HT) hermética a gas. La cámara de
proceso 34 también tiene preferiblemente un diámetro externo nominal
de aproximadamente 16,5 centímetros (cm) (aproximadamente 6,5
pulgadas), un diámetro interno nominal de 15,2 cm (aproximadamente 6
pulgadas), y una longitud de aproximadamente 305 cm (aproximadamente
120 pulgadas). Con preferencia, se prolongan segmentos de
aproximadamente 50,8 cm (aproximadamente 20 pulgadas) de la cámara
de proceso 34 cada uno a través de las tres zonas de calentamiento
20, 21 y 22 del horno 16, y el resto, aproximadamente 152,4 cm (60
pulgadas) de la cámara de proceso 34 se prolonga a través de la zona
de enfriamiento 23.
En otras realizaciones de la invención sin
embargo, la cámara de proceso 34 puede estar fabricada en cualquier
material adecuado. Además, no es necesario que la cámara de proceso
34 se prolongue igualmente a través de cada una de las zonas de
calentamiento 20, 21 y 22 y/o la zona de enfriamiento 23. De igual
modo, la cámara de proceso 34 puede tener cualquier longitud y
diámetro adecuados. El diseño exacto de la cámara de proceso 34
dependerá en cambio de consideraciones de diseño, tales como la
velocidad de alimentación del material precursor 14, la capacidad de
producción deseada de carburo de molibdeno 12 producto, la
temperatura de cada una de las zonas de calentamiento 20, 21 y 22,
entre otras consideraciones de diseño fácilmente evidentes para un
experto en la técnica tomando como base las descripciones de la
invención.
La cámara de proceso 34 se hace girar
preferiblemente dentro de la cámara 44 del horno 16. Por ejemplo, el
sistema de transferencia 32 puede comprender un conjunto de
accionamiento adecuado asociado operativamente con la cámara de
proceso 34. El conjunto de accionamiento puede ser accionado para
que haga girar la cámara de proceso 34 en el sentido horario o
antihorario, como se ilustra por la flecha 42 en la Figura 1. Con
preferencia, la cámara de proceso 34 se hace girar a una velocidad
constante. La velocidad se selecciona preferiblemente del intervalo
de aproximadamente 18 a 100 segundos por revolución. Por ejemplo,
la cámara de proceso 34 puede hacerse girar a una velocidad
constante de 18 segundos por revolución. No obstante, se puede hacer
girar la cámara de proceso 34 más rápido, más lento y/o a
velocidades variables de rotación, según sea necesario dependiendo
de consideraciones de diseño, tamaño del producto deseado y de los
puntos de consigna de otras variables de proceso como será evidente
para los expertos en la técnica que están familiarizados con la
descripción de la invención.
La rotación 42 de la cámara de proceso 34 puede
facilitar el movimiento del material precursor 14 y el material
intermedio 30 (Figura 2) a través de las zonas de calentamiento 20,
21 y 22 del horno 16, y a través de la zona de enfriamiento 23.
Además, la rotación 42 de la cámara de proceso 34 puede facilitar la
mezcla del material precursor 14 y el material intermedio 30. Como
tal, la porción sin reaccionar del material precursor 14 y el
material intermedio 30 queda expuesta continuamente para que entre
en contacto con el gas de proceso 62. Así, la mezcla puede potenciar
adicionalmente la reacción entre el material precursor 14 y el
material intermedio 30 y el gas de proceso 62.
Además, la cámara de proceso 34 está situada
preferiblemente a una inclinación 40 dentro de la cámara 44 del
horno 16. En la Figura 1 se ilustra una realización para inclinar
la cámara de proceso 34. De acuerdo con esta realización de la
invención, la cámara de proceso 34 puede estar ensamblada sobre una
plataforma 55, y la plataforma 55 puede estar fijada mediante
bisagras a una base 56 de modo que la plataforma 55 puede pivotar
alrededor de un eje 54. También puede acoplarse un conjunto de
elevación 58 a la plataforma 55. El conjunto de elevación 58 puede
ser accionado para elevar o descender un extremo de la plataforma
55 con respecto a la base 56. Cuando la plataforma 55 se eleva o
desciende, la plataforma 55 gira o pivota alrededor del eje 54. Por
consiguiente, la plataforma 55, y por ello la cámara de proceso 34,
se pueden ajustar a la inclinación 40 deseada con respecto al nivel
60.
Aunque las realizaciones preferidas para ajustar
la inclinación 40 de la cámara de proceso 34 se muestran y
describen en la presente memoria con respecto al aparato 10 en la
Figura 1, se sobreentiende que la cámara de proceso 34 se puede
ajustar a la inclinación 40 deseada de acuerdo con cualquier forma
adecuada. Por ejemplo, la cámara de proceso 34 puede estar fijada a
la inclinación 40 deseada y así no resulta necesario inclinarla de
forma ajustable. Como otro ejemplo, la cámara de proceso 34 puede
estar inclinada independientemente del horno 16, y/o el resto de
componentes del aparato 10 (por ejemplo, sistema 36 de
alimentación). También se contemplan otras realizaciones para
inclinar la cámara de proceso 34 que están dentro del alcance de la
invención, y que serán evidentes para los expertos en la técnica en
base a la comprensión de la invención.
En cualquier caso, la inclinación 40 de la cámara
de proceso 34 también puede facilitar el movimiento del material
precursor 14 y el material intermedio 30 a través de las zonas de
calentamiento 20, 21 y 22 del horno 16, y a través de la zona de
enfriamiento 23. Además, la inclinación 40 de la cámara de proceso
34 puede facilitar la mezcla del material precursor 14 y el material
intermedio 30 en la cámara de proceso 34, y exponer al mismo para
que esté en contacto con el gas de proceso 62 con el objeto de
potenciar las reacciones entre el material precursor 14 y/o el
material intermedio 30 y el gas de proceso 62. De hecho, la
combinación de rotación 42 y la inclinación 40 de la cámara de
proceso 34 puede potenciar más las reacciones para formar carburo de
molibdeno 12 producto.
Como se ha descrito anteriormente, el horno 16
comprende preferiblemente una cámara 44 formada en su interior. La
cámara 44 define una serie de zonas de temperatura controlada que
rodean la cámara de proceso 34 dentro del horno 16. En una
realización, se definen tres zonas de temperatura 20, 21 y 22 por
los tabiques 46 y 47 refractarios. Los tabiques 46 y 47
refractarios están preferiblemente espaciadas muy juntas en a la
cámara de proceso 34 de modo que evitan la formación de corrientes
de convección entre las zonas de temperatura. En una realización,
por ejemplo, los tabiques 46 y 47 refractarios entran hasta
aproximadamente 1,3 a 1,9 cm (0,5 a 0,75 pulgadas) desde la cámara
de proceso 34 definiendo tres zonas de calentamiento 20, 21 y 22 en
el horno 16. En cualquier caso, cada una de las tres zonas de
calentamiento se mantienen con preferencia respectivamente a las
temperaturas deseadas en la cámara 44 del horno 16. Y por ello,
cada segmento de la cámara de proceso 34 también se mantiene a la
temperatura deseada, como se muestra con más detalle en la Figura
2, descrita más adelante.
Con preferencia, la cámara 44 del horno 16 define
las tres zonas de calentamiento 20, 21 y 22 mostradas y descritas en
la presente memoria con respecto a la Figura 1. Por consiguiente, el
material precursor 14 puede estar sujeto a diferentes temperaturas
de reacción a medida que éste se desplaza a través de cada una de
las zonas de calentamiento 20, 21 y 22 en la cámara de proceso 34.
Es decir, a medida que el material precursor 14 se desplaza a través
de la cámara de proceso 34 y hacia la primera zona de calentamiento
20, el material precursor 14 está sujeto a la temperatura mantenida
en la primera zona de calentamiento. De igual modo, a medida que el
material precursor 14 se desplaza a través de la cámara de proceso
34 desde la primera zona de calentamiento 20 y hacia la segunda zona
de calentamiento 21, éste está sujeto a la temperatura mantenida en
la segunda zona de calentamiento.
Se sobreentiende que las zonas de calentamiento
20, 21 y 22 pueden definirse de cualquier forma adecuada. Por
ejemplo, las zonas de calentamiento 20, 21 y 22 pueden quedar
definidas por tabiques deflectores (no mostrados), por una serie de
cámaras separadas (no mostradas) y similares. De hecho, las zonas de
calentamiento 20, 21 y 22 no quedan definidas necesariamente por
los tabiques refractarios 46, 47, o similares. Como ejemplo, la
cámara de proceso 34 puede prolongarse a través de hornos
consecutivos separados (no mostrados). Como otro ejemplo, la cámara
44 del horno 16 puede ser abierta y puede generarse un gradiente de
temperatura dentro de la cámara 44 para extenderse desde un extremo
de la cámara 44 al extremo opuesto de la cámara 44 usando elementos
de calentamiento separados distanciados por toda su longitud.
El horno 16 se puede mantener a las temperaturas
deseadas usando medios de control de temperatura adecuados. En
realizaciones preferidas, cada una de las zonas de calentamiento
20, 21 y 22 del horno 16 se mantienen respectivamente a las
temperaturas deseadas usando fuentes de calor adecuadas, control de
temperatura y protección frente al sobrecalentamiento. Por ejemplo,
la fuente de calor puede comprender elementos 50, 51 y 52 de
calentamiento controlados independientemente situados dentro de
cada una de las zonas de calentamiento 20, 21 y 22 del horno 16, y
conectados a una circuitería de control adecuada.
En una realización preferida, la temperatura se
regula en las tres zonas de calentamiento 20, 21 y 22 del horno 16
por veintiocho elementos de calentamiento por resistencia eléctrica
de carburo de silicio. Los elementos de calentamiento están
conectados a tres controladores de temperatura por microprocesador
Honeywell UDC3000 (es decir, un controlador por cada una de las
tres zonas de calentamiento 20, 21 y 22) para fijar y controlar su
temperatura. Además, se disponen para protección frente a
sobrecalentamiento tres limitadores de temperatura por
microprocesador Honeywell UDC2000 (es decir, también un controlador
para cada una de las tres zonas de calentamiento 20, 21 y 22). Sin
embargo, se sobreentiende que se puede usar cualquier medio de
regulación de temperatura adecuado para fijar y mantener la
temperatura deseada dentro del horno 16. Por ejemplo, los elementos
de calentamiento no están necesariamente controlados
electrónicamente y en lugar de ello pueden estar controlados en
lugar manualmente.
Aunque cada una de las zonas de calentamiento se
mantiene preferiblemente a temperaturas relativamente uniformes,
respectivamente, es evidente que la conducción y convección de
calor pueden causar un gradiente de temperatura dentro de una o más
de las zonas de calentamiento 20, 21 y 22. Por ejemplo, aunque los
tabiques 46, 47 refractarios están separados aproximadamente 1,3 a
1,9 cm (0,5 a 0,75 pulgadas) de la cámara de proceso 34 con el
objeto de reducir o minimizar la transferencia o intercambio de
calor entre las zonas de calentamiento 20, 21 y 22, todavía puede
producirse cierto intercambio de calor entre ellas. Además, por
ejemplo, la cámara de proceso 34 y/o el material precursor y/o
material intermedio también pueden conducir calor entre las zonas de
calentamiento 20, 21 y 22. Por tanto, la temperatura medida en
diferentes puntos dentro de cada una de las zonas de calentamiento
20, 21 y 22 puede ser varios grados más fría o varios grados más
caliente (por ejemplo, en aproximadamente 50 a 100ºC) que en el
centro de las zonas de calentamiento 20, 21 y 22. También se
contemplan otros diseños para reducir aún más la aparición de estos
gradientes de temperatura, tales como sellado de los tabiques 46,
47 refractarios alrededor de la cámara de proceso 34. En cualquier
caso, las temperaturas fijadas para cada una de las zonas de
calentamiento 20, 21 y 22 se miden preferiblemente en el centro de
cada una de las zonas de calentamiento 20, 21 y 22 para mantener de
forma más exacta la temperatura deseada en las mismas.
Con preferencia, la zona de enfriamiento
(ilustrada por la línea externa 23 en la Figura 1) comprende una
porción de la cámara de proceso 34 que está abierta a la atmósfera.
Por consiguiente, el carburo de molibdeno 12 producto puede
enfriarse para ser recogido en la tolva 38 de recogida. Sin embargo,
de acuerdo con otras realizaciones de la invención, la zona de
enfriamiento 23 puede ser una o más porciones cerradas del aparato
10. De igual modo, se pueden usar medios adecuados para la
regulación de temperatura con el fin de fijar y mantener la
temperatura deseada en la zona de enfriamiento 23 cerrada. Por
ejemplo, un radiador puede hacer circular un fluido alrededor de la
cámara de proceso 34 en la zona de enfriamiento 23. O por ejemplo,
un ventilador o soplante puede hacer circular un gas de
enfriamiento alrededor de la cámara de proceso 34 en la zona de
enfriamiento 23.
El gas de proceso 62 se introduce preferiblemente
en el horno 16 para la reacción con el material precursor 14 y el
producto intermedio 30. De acuerdo con realizaciones preferidas de
la invención, el gas de proceso 62 puede comprender un gas de
carbonización 63 y un gas reductor 64. También de acuerdo con
realizaciones preferidas, se puede disponer un gas inerte 65 para
purgar la cámara de proceso 34 antes de comenzar el proceso (por
ejemplo, para eliminar cualquier resto de oxígeno u otros
contaminantes de la cámara de proceso 34), y/o después de finalizar
el proceso (por ejemplo, por razones de seguridad tales como
eliminar cualquier gas inflamable).
Se sobreentiende que el gas de carbonización 63,
el gas reductor 64, y el gas inerte 65 pueden almacenarse en
cilindros de gas separados cerca del extremo distal de la cámara de
proceso 34, como se muestra en la Figura 1. Conductos de gas
individuales, también mostrados en la Figura 1 pueden conducir
desde los cilindros de gas separados a una entrada 25 de gas en el
extremo distal de la cámara de proceso 34. Puede disponerse un
regulador de gas adecuado (no mostrado) para introducir el gas de
carbonización 63, el gas reductor 64, y el gas inerte 65 desde los
respectivos cilindros de gas a la cámara de proceso 34 en las
proporciones deseadas, en el momento deseado y al caudal deseado.
Sin embargo, en otras realizaciones, alguno o todos los gases se
pueden "premezclar" y disponerse en uno o más cilindros para
el suministro a la cámara de proceso 34.
De acuerdo con realizaciones de la invención, el
gas de carbonización 63 puede ser monóxido de carbono gas, el gas
reductor 64 puede ser hidrógeno gas, y el gas inerte 65 puede ser
argón o nitrógeno gas. Sin embargo, se sobreentiende que se puede
usar de acuerdo con las descripciones de la invención cualquier gas
de carbonización 63, gas reductor 64, gas inerte 65 adecuado o
mezcla de los mismos. Por ejemplo, en otras realizaciones, el gas
de proceso 62 puede comprender en cambio metano gas en lugar de los
gases reductor y de carbonización separados. La composición del gas
de proceso 62 dependerá de consideraciones de diseño tales como el
coste y disponibilidad de los gases, aspectos de seguridad y del
caudal deseado y la capacidad de producción deseada, entre otras
consideraciones.
Con preferencia, el gas de proceso 62 se
introduce en la cámara de proceso 34 y se dirige a través de la
zona de enfriamiento 23 y a través de cada una de las zonas de
calentamiento 20, 21 y 22, en una dirección contraria (es decir,
contracorriente, como se ilustra por la flecha 28) a la dirección 26
en que se desplaza el material precursor 14 a través de cada una de
las zonas de calentamiento 20, 21 y 22 del horno 16, y a través de
la zona de enfriamiento 23. Dirigir el gas de proceso 62 a través
del horno 16 en una dirección que es contraria o en contracorriente
28 a la dirección 26 en la que se desplaza el material precursor 14
a través del horno 16 puede aumentar la capacidad de la reacción
del material precursor 14 y el material intermedio 30 (Figura 2) con
el gas de proceso 62. Es decir, el gas de proceso 62 comprende
mayores concentraciones del gas reductor 63 y del gas de
carbonización 64 cuando se introduce inicialmente en la cámara de
proceso 34 y así es más probable que reaccione fácilmente con la
porción restante o sin reaccionar del material precursor 14 y/o el
material intermedio 30 en el extremo distal de la cámara de proceso
34.
El gas de proceso 62 sin reaccionar que fluye
corriente arriba hacia la entrada de la cámara de proceso 34
comprende así una menor concentración del gas de carbonización 63 y
del gas reductor 64. Sin embargo, presumiblemente, está disponible
una mayor superficie específica de material precursor 14 sin
reaccionar en, o cerca de la entrada de la cámara de proceso 34.
Como tal, pueden ser necesarias menores concentraciones de gas de
carbonización 63 y gas reductor 64 para reaccionar con el material
precursor 14 en o cerca de la entrada de la cámara de proceso 34.
Además, la introducción del gas de proceso 62 de un modo tal que
pueden potenciar la eficacia con la que el gas de carbonización 63
y el gas reductor 64 se consumen por la reacción entre ellos, por
razones similares a las que se acaban de explicar.
Se sobreentiende que en otras realizaciones de la
invención el gas de proceso 62 se puede introducir de cualquier otro
modo adecuado. Por ejemplo, se puede introducir el gas de proceso 62
a través de varios sitios de inyección (no mostrados) dispuestos en
la longitud de la cámara de proceso 34. O por ejemplo, y como se ha
explicado antes, el gas de proceso 62 se puede mezclar con
anterioridad en su estado combinado en uno o más cilindros de gas
para la introducción en el horno 16. Estas son simplemente
realizaciones ejemplo y se contemplan también otras realizaciones
dentro del alcance de la invención.
El gas de proceso 62 también se puede usar para
mantener la porción interna o de reacción de la cámara de proceso 34
a una presión positiva sustancialmente constante, como se desea de
acuerdo con realizaciones preferidas de la invención para eliminar
cualquier resto de oxígeno de la cámara de proceso 34 en caso de una
fuga. De hecho, de acuerdo con una realización de la invención, la
cámara de proceso 34 se mantiene a aproximadamente 8,9 cm a 12,7 cm
(3,5 a 5 pulgadas) de presión de agua (manométrica), y
preferiblemente a aproximadamente 11,4 cm (4,5 pulgadas) de presión
de agua (manométrica). La cámara de proceso 34 se puede mantener a
presión constante, de acuerdo con una realización de la invención,
introduciendo el gas de proceso 62 a un caudal o presión
predeterminado, en la cámara de proceso 34, y descargando el gas de
proceso 62 sin reaccionar a un caudal o presión predeterminado, del
mismo, para establecer la presión de equilibrio deseada en la
cámara de proceso 34.
Con preferencia, el gas de proceso 62 (es decir,
el gas de carbonización 63 sin reaccionar y el gas reductor 64 sin
reaccionar) se descargan desde la cámara de proceso 34 a través de
un lavador 66 en, o cerca de la entrada de la cámara de proceso 34
para mantener la cámara de proceso 34 a una presión sustancialmente
constante. El lavador 66 puede comprender un recipiente seco 67, un
recipiente húmedo 68 y un quemador de antorcha 69. El recipiente
seco 67 está dispuesto preferiblemente corriente arriba del
recipiente húmedo 68 para recoger cualquier material seco que pueda
ser descargado de la cámara de proceso 34 con el fin de minimizar
la contaminación del recipiente húmedo 68. El gas de proceso 62 se
descarga a través del recipiente seco 67 y en el agua contenida en
el recipiente húmedo 68. La profundidad del agua a la que se
descarga el gas de proceso 62 en el recipiente húmedo 68 controla la
presión de la cámara de proceso 34. Cualquier gas en exceso puede
ser quemado en la antorcha 69.
También se contemplan otras realizaciones para
mantener la cámara de proceso 34 a una presión sustancialmente
constante que están dentro del alcance de la invención. Por
ejemplo, se puede formar una abertura de descarga (no mostrada) en
una pared 74 (Figura 2) de la cámara de proceso 34 para descargar
el gas de proceso 62 sin reaccionar de la cámara de proceso 34 y
mantener la presión deseada en el mismo. O por ejemplo, pueden
disponerse una o más válvulas (no mostradas) en la pared 74 (Figura
2) de la cámara de proceso 34 para liberar o descargar de forma
ajustable el gas de proceso 62 sin reaccionar del mismo. Todavía se
contemplan otras realizaciones para mantener la presión en la
cámara de proceso 34 por estar dentro del alcance de la
invención.
Están disponibles de forma comercial los diversos
componentes del aparato 10, tales como se muestran en la Figura 1 y
se describen en la descripción inmediatamente anterior. Por
ejemplo, un horno tubular rotatorio Harper (Modelo número
HOU-6D60-RTA-28- F),
está disponible de forma comercial de Harper International
Corporation (Lancaster, New York), y se puede usar de acuerdo con
descripciones de la invención, al menos en parte, para producir
carburo de molibdeno 12 producto.
El horno tubular rotatorio Harper se caracteriza
por una cámara de alta temperatura con una temperatura máxima
nominal de 1450ºC. Una serie de tabiques refractarios dividen la
cámara de alta temperatura en tres zonas de control de temperatura
independientes. Las tres zonas de control de temperatura se
caracterizan por un control de temperatura discreto que usa
veintiocho elementos de calentamiento por resistencia eléctrica de
carburo de silicio. Se disponen termopares en el centro de cada
zona de control a lo largo de la línea central del techo del horno.
Las zonas de control de temperatura están reguladas por tres
controladores de temperatura por microprocesador Honeywell UDC3000
y por tres limitadores de temperatura por microprocesador Honeywell
UDC2000, disponibles cada uno de forma comercial de Honeywell
International, Inc. (Morristown, New Jersey).
El horno tubular rotatorio Harper también se
caracteriza por una cámara de proceso de aleación de alta
temperatura estanca a gas, que tiene un valor nominal máximo de
1100ºC. La cámara de proceso tiene un diámetro interno nominal de
15,2 cm (6,0 pulgadas), diámetro en los extremos nominal externo de
16,5 cm (6,5 pulgadas), y una altura total de 305 cm (120
pulgadas). La cámara de proceso se prolonga en segmentos iguales
(cada uno con una longitud de 50,8 cm (20 pulgadas)) a través de
cada una de las zonas de control de temperatura, quedando 152 cm (60
pulgadas) que se prolongan a través de la zona de enfriamiento.
La cámara de proceso dispuesta con el horno
tubular rotatorio Harper puede estar inclinada en un intervalo de 0
a 5º. Además, el horno tubular rotatorio Harper puede estar
provisto con un accionamiento de corriente continua variable (DC)
con control digital de velocidad para el giro de la cámara de
proceso a velocidades rotacionales de una a cinco revoluciones por
minuto (rpm).
El horno tubular rotatorio Harper también se
caracteriza por una tolva de descarga de 316 litros de acero
inoxidable, estanca a gas con purga de gas inerte. El horno tubular
rotatorio Harper también se caracteriza por un sistema de control
del gas de proceso atmosférico para mantener una presión constante
en la cámara de proceso. Además, puede disponerse una fuente de
alimentación de 45 kW para calentar el horno y accionar la cámara
de proceso. Además, el horno tubular rotatorio Harper puede estar
provisto con un sistema de alimentación de dosificación de sólidos
Brabender Loss-ln-Weight (Modelo nº
H31-FW33/50), disponible comercialmente de C.W.
Brabender Instruments, Inc. (South Hackensack, New Jersey).
Aunque las realizaciones preferidas del aparato
10 se muestran en la Figura 1 y se han descrito antes, se
sobreentiende que también se contemplan otras realizaciones del
aparato 10 por estar dentro del alcance de la invención. Además, se
sobreentiende que el aparato 10 puede comprender cualquier
componente adecuado de diferentes fabricantes, y que no está
limitado a los proporcionados en la presente memoria. De hecho,
cuando se diseña el aparato 10 para la producción a gran escala o
escala industrial, los diferentes componentes pueden ser fabricados
específicamente al efecto, y las especificaciones dependerán de
diversas consideraciones de diseño, tales como, aunque sin quedar
limitadas a las mismas, la escala para el mismo.
Habiendo descrito el aparato 10, y sus
realizaciones preferidas, que se puede usar para producir carburo
de molibdeno 12 producto conforme a la invención, se dirige ahora
la atención a realizaciones de un procedimiento para producir
carburo de molibdeno 12 producto. A título de introducción, y
todavía con referencia a la Figura 1, el material precursor 14 se
introduce preferiblemente en el horno 16 y se desplaza a través de
las zonas de calentamiento 20, 21 y 22, y la zona de enfriamiento 23
del mismo. El gas de proceso 62 se introduce preferiblemente en el
horno 16 para la reacción con el material precursor 14 y el
material intermedio 30. El material precursor 14 y el material
intermedio 30 reaccionan con el gas de proceso 62 produciendo
carburo de molibdeno 12 producto (es decir, MoC y/o Mo_{2}C),
como se describe con más detalle con respecto a realizaciones
preferidas del procedimiento.
Conforme a realizaciones preferidas, el material
precursor 14 comprende nanopartículas de óxido molíbdico
(MoO_{3}). Las nanopartículas de óxido molíbdico tienen
preferiblemente una relación de superficie específica a masa típica
de aproximadamente 25 a 35 m^{2}/g. Estas nanopartículas de óxido
molíbdico se pueden producir de acuerdo con realizaciones de la
invención descrita en el documento, del mismo solicitante
US-A 6 468 497 expedido el 22 de octubre de 2002
para "Method for producing nano-particles of
molybdenum oxide" de Khan, et al., que se incorpora en la
presente memoria para todo lo que describe. Las nanopartículas de
óxido molíbdico se producen, y están disponibles comercialmente de
Climax Molybdenum Company (Fort Madison, lowa).
De acuerdo con otras realizaciones de la
invención, no obstante, se sobreentiende que el material precursor
14 puede comprender cualquier calidad adecuada o forma de óxido
molíbdico (MoO_{3}). Por ejemplo, el material precursor 14 puede
tener un tamaño que varía desde 0,5 a 80 m^{2}/g. En otras
realizaciones de la invención el material precursor 14 puede
comprender otros materiales, tales como molibdato amónico,
molibdatos con base de hidrógeno y similares. La selección del
material precursor 14 puede depender de consideraciones de diseño,
incluyendo, aunque sin quedar limitadas a las mismas, las
características deseadas del carburo de molibdeno 12 producto (por
ejemplo, relación de superficie específica a masa, tamaño, pureza,
etc.).
En general, la relación superficie específica a
masa del carburo de molibdeno 12 producto es proporcional a la
relación superficie específica a masa del material precursor 14.
Cuando se usa óxido molíbdico material precursor de acuerdo con la
descripción de la invención, la relación superficie específica a
masa del carburo de molibdeno 12 producto varía típicamente de 5 a
11 m^{2}/g.
Volviendo ahora a la Figura 2, la cámara de
proceso 34 (sus paredes 74 no se muestran) se ilustra en tres
porciones transversales de la cámara de proceso 34. Cada una de las
porciones en sección transversal en la Figura 2 está tomada
respectivamente de cada una de las tres zonas de calentamiento 20,
21 y 22 del horno 16. De acuerdo con realizaciones preferidas del
procedimiento, el material precursor 14 se introduce en la cámara
de proceso 34, y se desplaza a través de cada una de las tres zonas
de calentamiento 20, 21 y 22 del horno 16 (es decir, zona de
calentamiento 1, zona de calentamiento 2 y zona de calentamiento 3,
en la Figura 2). La cámara de proceso 34 puede rotar y/o inclinarse
para facilitar el movimiento y mezcla del material precursor 14 en
la misma, como se describe con más detalle con respecto a las
realizaciones de aparato 10. Además, el gas de proceso 62 también
se introduce en la cámara de proceso 34. Preferiblemente, el gas de
proceso 62 fluye a través de la cámara de proceso 34 en una
dirección 28 que es contraria o en contracorriente a la dirección
26 en la que se desplaza el material precursor 14 a través de la
cámara de proceso 34, tal como puede llevarse a cabo de acuerdo con
las realizaciones de aparato 10 descritas con más detalle
antes.
A medida que el material precursor 14 se desplaza
a través de las zonas de calentamiento 20, 21 y 22, éste se mezcla
con el gas de proceso 62 y reacciona con el mismo formando el
producto intermedio 30, y a continuación el carburo de molibdeno 12
producto. La reacción se ilustra por las flechas 70, 71, y 72 en las
respectivas zonas de calentamiento 20 (Zona de Calentamiento 1), 21
(Zona de Calentamiento 2), y 22 (Zona de Calentamiento 3) de la
Figura 2. Más particularmente, las reacciones se pueden describir
como óxido molíbdico sólido (MoO_{3}) que se reduce por el gas
reductor 64 (por ejemplo, hidrógeno gas), y se carboniza por el gas
de carbonización 63 (por ejemplo, monóxido de carbono gas).
La temperatura en la primera zona de
calentamiento 20 se mantiene preferiblemente por debajo de la
temperatura de vaporización del material precursor 14, y de
cualquier material intermedio 30 que se forme en la primera zona de
calentamiento 20 (Zona de Calentamiento 1), con respecto a la
presión en la cámara de proceso 34. El sobrecalentamiento del
material precursor 14 y/o el material intermedio 30 puede causar
una reacción solo sobre la superficie del mismo. La reacción en la
superficie resultante puede sellar el material precursor 14 sin
reaccionar y/o el material intermedio 30 en el mismo. Así, pueden
ser necesarios mayores tiempos de procesado y/o mayores temperaturas
de proceso para convertir estas "perlas" a carburo de molibdeno
12 producto, reduciendo así la eficiencia y aumentando el coste de
producción.
La temperatura de la primera zona de
calentamiento 20 se mantiene preferiblemente a una menor
temperatura que la de las otras dos zonas de calentamiento 21 y 22
porque la reacción entre el material precursor 14 y el gas de
proceso 62 en la primera zona de calentamiento 20 (Zona de
Calentamiento 1) es una reacción exotérmica. Es decir, se libera
calor durante la reacción en la primera zona de calentamiento
20.
La reacción entre el material intermedio 30 y el
gas de proceso 62 en la tercera zona de calentamiento 22 (Zona de
Calentamiento 3) es una reacción endotérmica. Es decir, se consume
calor durante esta reacción. Por tanto, el aporte energético de la
tercera zona de calentamiento 22 se ajusta preferiblemente para en
consecuencia proporcionar el calor adicional requerido por la
reacción endotérmica en la tercera zona de calentamiento 22.
Cuando el carburo de molibdeno 12 producido por
las reacciones descritas antes se introduce inmediatamente en un
entorno atmosférico mientras está todavía caliente (por ejemplo,
después de salir de la tercera zona de calentamiento 22), éste
puede reaccionar con uno o más constituyentes de la atmósfera. Por
tanto, preferiblemente, el carburo de molibdeno 12 producto se
desplaza a través de una zona de enfriamiento 23 en un ambiente
reductor (por ejemplo, el gas de proceso 62 fluye a través de la
zona de enfriamiento 23). Por consiguiente, el carburo de molibdeno
12 producto caliente se puede enfriar para facilitar la
manipulación antes de que quede expuesto a la atmósfera.
Las reacciones mostradas en cada una de las zonas
de calentamiento 20, 21 y 22 en la Figura 2 son meramente
ilustrativas del procedimiento de la invención. Como será evidente
para un experto en la técnica, se sobreentiende que se pueden
producir una o más reacciones en cada una de las tres zonas de
calentamiento 20, 21 y 22, como se ilustra por las flechas 70, 71 y
72. De hecho, se puede formar algo de carburo de molibdeno 12
producto en la primera zona de calentamiento 20 y/o en la segunda
zona de calentamiento 21. De igual modo, se puede introducir algo
de material precursor 14 sin reaccionar en la segunda zona de
calentamiento 21 y/o en la tercera zona de calentamiento 22.
Además, todavía pueden producirse algunas otras reacciones en la
zona de enfriamiento 23.
Como será evidente para un experto en la técnica,
todo el gas de proceso 62 sin reaccionar se descarga en el efluente.
De igual modo, cuando el agente reductor se combina con oxígeno
separado de óxido de molibdeno y/o se combina con el gas de
carbonización sin reaccionar, estos también pueden eliminarse en el
efluente.
Habiendo descrito las reacciones en el horno 16
ilustrado en la Figura 2, se apreciará que la conversión óptima del
material precursor 14 a carburo de molibdeno 12 producto se observó
que se producía cuando los parámetros de proceso se fijaron a
valores en los intervalos mostrados en la Tabla 1.
| Parámetro | Ajustado |
| Inclinación de la cámara de proceso | 0,15º a 1,0º |
| Velocidad de rotación de la cámara de proceso | 15 a 35 s por revolución |
| Temperatura (para MoC) | |
| - Zona 1 | 540ºC a 590ºC |
| - Zona 2 y Zona 3 | 820ºC a 940ºC |
| - Zona 3 | 880ºC a 950ºC |
TABLA 1
(continuación)
| Parámetro | Ajustado |
| Temperatura (para Mo_{2}C) | |
| - Zona 1 | 540ºC a 590ºC |
| - Zona 2 y Zona 3 | 760ºC a 820ºC |
| - Zona 3 | 980ºC a 1040ºC |
| Caudal de gas reductor | 0,425 a 1,42 m^{3} por hora) |
| Caudal de gas de carbonización | 0,425 a 1,42 m^{3} por hora) |
Los caudales de gas del gas reductor y del gas de
carbonización están preferiblemente en proporción igual uno respeto
al otro, o en aproximadamente 0,14 m^{3} por hora de caudales
iguales.
Se sobreentiende que el carburo de molibdeno 12
producto también se puede producir cuando los parámetros de proceso
se ajusten fuera de los intervalos dados antes en la Tabla 1, como
se puede determinar fácilmente por un experto en la técnica tomando
como base la descripción de la invención.
De acuerdo con realizaciones preferidas de la
invención, no es necesario tamizar el carburo de molibdeno 12
producto para eliminar el material precursor 14, el material
intermedio 30 y/o otro material contaminante (no mostrado) del
producto. Es decir, preferiblemente, el 100% del material precursor
14 se convierte totalmente en carburo de molibdeno 12 producto
puro. Sin embargo, de acuerdo con realizaciones de la invención, el
carburo de molibdeno 12 producto se puede tamizar para eliminar
partículas de mayor tamaño del producto que pueden haberse
aglomerado durante el proceso. Si se tamiza o no el carburo de
molibdeno 12 producto dependerá de consideraciones de diseño tales
como, aunque sin quedar limitadas a las mismas, el uso final para el
carburo de molibdeno 12 producto, la pureza y/o tamaño de
partículas del material precursor 14, y consideraciones
similares.
Una realización de un procedimiento para producir
carburo de molibdeno 12 de acuerdo con las descripciones de la
invención se ilustra como etapas en el diagrama de flujos mostrado
en la Figura 3. En la etapa 80, el material precursor 14 se puede
introducir en la cámara de reacción (por ejemplo, cámara de proceso
34 del horno 16). Como se ha descrito antes, el material precursor
14 se introduce preferiblemente en el horno 16 alimentando el mismo
a la cámara de proceso 34 que se prolonga a través del horno 16. En
la etapa 82, el gas de proceso 62 se puede introducir en la cámara
de reacción (por ejemplo, cámara de proceso 34 del horno 16). De
nuevo como se ha descrito antes, el gas de proceso 62 se introduce
preferiblemente en la cámara de proceso 34 y preferiblemente fluye a
su través en una dirección 28 que es contraria o en contracorriente
a la dirección 26 en la que se desplaza el material precursor 14 a
través del horno 16. En la etapa 84, las tres zonas de calentamiento
de la cámara de reacción se calientan y el material precursor 14 se
desplaza a través de las zonas de calentamiento 20, 21 y 22). Por
consiguiente, el material precursor 14 se convierte en carburo de
molibdeno 12, como se ilustra por la etapa 86 y se describe con más
detalle antes con referencia a la Figura 2.
Se sobreentiende que las etapas mostradas y
descritas con referencia a la Figura 3 son únicamente ilustrativas
de una realización del procedimiento para producir carburo de
molibdeno 12. Cabe esperar que estén dentro del alcance de la
invención otras realizaciones adicionales del procedimiento para
producir carburo de molibdeno producto y que serán evidentes para
los expertos en la técnica en base a la descripción de la
invención.
En los siguientes ejemplos, el material precursor
comprendía nanopartículas de óxido molíbdico (MoO_{3}) que tiene
un tamaño típico de aproximadamente 25 a 35 m^{2}/g. Tales
nanopartículas de óxido molíbdico se pueden producir de acuerdo con
realizaciones de la invención descritas en el documento del mismo
solicitante US-A-6 468 497 para
"Method for producing nano-particles of molybdenum
oxide". Las partículas de óxido molíbdico usadas como material
precursor en este ejemplo se producen por y están disponibles de
forma comercial de Climax Molybdenum Company (Fort Madison,
lowa).
Se usó el siguiente equipo para este ejemplo: un
sistema de alimentación de dosificación de sólidos Brabender (Modelo
nº H31-FW33/50), disponible comercialmente de C.W.
Brabender Instruments, Inc. (South Hackensack, New Jersey); y un
horno tubular rotatorio Harper (Modelo nº
HOU-6D60-RTA-28-F),
disponible comercialmente de Harper International Corporation
(Lancaster, New York). El horno tubular rotatorio Harper comprendía
tres zonas de calentamiento de 50,8 cm (20 pulgadas) controladas de
forma independiente con un tubo de aleación de HT de 305 cm (120
pulgadas) que se prolonga a través de cada una de las zonas de
calentamiento del mismo. En consecuencia, se dispusieron en este
ejemplo un total de 152 cm (60 pulgadas) de calentamiento y 152 cm
(60 pulgadas) de enfriamiento.
El material precursor se alimentó a un caudal de
aproximadamente cinco a siete gramos por minuto usando el sistema de
alimentación de dosificación de sólidos Brabender en el tubo de
aleación de HT del horno tubular rotatorio Harper. El gas de
carbonización y el gas reductor se introdujeron a través del tubo de
aleación de HT a un caudal de 0,85 m^{3} por hora en una
dirección contraria o en contracorriente a la dirección en la que
se desplazaba el material precursor a través del tubo de aleación de
HT. En este ejemplo, el gas de proceso comprendía monóxido de
carbono como gas de carbonización e hidrógeno gas como gas
reductor. Se usó nitrógeno gas para purgar la cámara de proceso.
Como alternativa, se usó también argón para purgar la cámara de
proceso. El gas de descarga se burbujeó a través de un lavador de
agua para mantener el interior del horno a aproximadamente 11,4 cm
(4,5 pulgadas) de presión de agua (manométrica).
En el Ejemplo 1, se hizo girar el tubo de
aleación de HT a aproximadamente 20 segundos por revolución e
inclinado aproximadamente 0,25º para facilitar el movimiento del
material precursor a través del horno tubular rotatorio Harper, y
facilitar la mezcla del material precursor con un gas de proceso. La
conversión del material precursor a carburo de molibdeno (MoC)
producto en un paso a través del horno se produjo cuando la
temperatura de la primera zona de calentamiento (Zona de
Calentamiento 1) se fijó a aproximadamente 555ºC, y la temperatura
de la segunda y tercera zonas de calentamiento (Zona de
Calentamiento 2 y Zona de Calentamiento 3) se fijaron cada una a
aproximadamente 900ºC. Por consiguiente, los reactivos se calentaron
hasta 555ºC durante aproximadamente un tercio del tiempo de proceso
(es decir, en base a un tercio de la longitud total de la cámara de
proceso) y se calentaron hasta 900ºC durante aproximadamente dos
tercios del tiempo de proceso (es decir, en base a dos tercios de
la longitud total de la cámara de proceso).
El carburo de molibdeno (MoC) producido de
acuerdo con este ejemplo se caracteriza por una relación superficie
específica a masa de 11,5 a 14 m^{2}/g.
En el Ejemplo 2, se hizo girar el tubo de
aleación de HT a aproximadamente 28 segundos por revolución e
inclinado aproximadamente 0,5º para facilitar el movimiento del
material precursor a través del horno tubular rotatorio Harper, y
facilitar la mezcla del material precursor con un gas de proceso. La
conversión óptima del material precursor a carburo de molibdeno
(Mo_{2}C) producto en un paso a través del horno se produjo
cuando la temperatura de la primera zona de calentamiento (Zona de
Calentamiento 1) se fijó a aproximadamente 555ºC, la temperatura de
la segunda zona de calentamiento (Zona de Calentamiento 2) se fijó
a aproximadamente 800ºC, y la temperatura de la tercera zona de
calentamiento (Zona de Calentamiento 3) se fijó a aproximadamente
1000ºC.
El carburo de molibdeno (Mo_{2}C) producido de
acuerdo con este ejemplo se caracteriza por una relación superficie
específica a masa de 5 a 11 m^{2}/g.
Es fácilmente evidente que el aparato y los
procedimientos para la producción de carburo de molibdeno (MoC y
Mo_{2}C) descritos en la presente memoria se pueden usar para
producir carburo de molibdeno de una forma continua y en una única
etapa.
Claims (15)
1. Un procedimiento para producir carburo de
molibdeno (12), que comprende:
calentar un material precursor (14) en una
primera zona de calentamiento (20) en presencia de un gas reductor
(64) y un gas de carbonización (63), teniendo la primera zona de
calentamiento (20) una primera temperatura, siendo dicha primera
temperatura al menos 540ºC;
desplazar el material precursor (14) a una
segunda zona de calentamiento (21) para formar carburo de molibdeno
(12) a partir del material precursor (14), teniendo la segunda zona
de calentamiento (21) una segunda temperatura, siendo la segunda
temperatura al menos 100ºC más caliente que la primera temperatura,
midiéndose dichas temperaturas en el centro de cada una de las
citadas zonas de calentamiento; y
desplazar el material precursor (14) a una
tercera zona de calentamiento (22), teniendo la tercera zona de
calentamiento (22) una tercera temperatura, siendo dicha tercera
temperatura más caliente que dicha segunda temperatura, midiéndose
dichas temperaturas en el centro de cada una de dichas zonas de
calentamiento.
2. Procedimiento según la reivindicación 1 para
la producción de MoC, en el que la primera temperatura es
aproximadamente 555ºC y la segunda temperatura es aproximadamente
900ºC.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 para
la producción de MoC, en el que la primera temperatura varía en el
intervalo de 540ºC a 590ºC, la segunda temperatura varía en el
intervalo de 820ºC a 940ºC, y la tercera temperatura varía en el
intervalo de 880ºC a 950ºC, midiéndose dichas temperaturas en el
centro de cada una de dichas zonas de calentamiento.
4. Procedimiento según la reivindicación 1 para
la producción de Mo_{2}C, en el que la primera temperatura varía
en el intervalo de 540ºC a 590ºC, la segunda temperatura varía en
el intervalo de 760ºC a 820ºC, y la tercera temperatura varía en el
intervalo de 980ºC a 1040ºC, midiéndose dichas temperaturas en el
centro de cada una de dichas zonas de calentamiento.
5. Procedimiento según la reivindicación 4 para
la producción de Mo_{2}C, en el que la primera temperatura es
aproximadamente 555ºC, la segunda temperatura es aproximadamente
800ºC, y la tercera temperatura es aproximadamente 1000ºC.
6. Procedimiento según la reivindicación 1, en el
que el material precursor (14) está en la primera zona de
calentamiento (20) durante un primer tiempo, y el material
precursor (14) está en la segunda zona de calentamiento (21) durante
un segundo tiempo.
7. Procedimiento según la reivindicación 6 para
la producción de Mo_{2}C, en el que el primer tiempo es
aproximadamente el mismo que el segundo tiempo.
8. Procedimiento según la reivindicación 6 para
la producción de MoC, en el que el primer tiempo es aproximadamente
la mitad del segundo tiempo.
9. Procedimiento según la reivindicación 1, que
comprende además enfriar el carburo de molibdeno (12) en presencia
del gas reductor (64) y del gas de carbonización (63).
10. Procedimiento según la reivindicación 1, que
comprende además enfriar el carburo de molibdeno (12) a una presión
sustancialmente constante.
11. Procedimiento según la reivindicación 1, en
el que el calentamiento del material precursor (14) se lleva a cabo
a una presión sustancialmente constante.
12. Procedimiento según la reivindicación 1, en
el que el calentamiento del material precursor (14) se lleva a cabo
a una presión constante de aproximadamente 11,4 cm de presión de
agua (manométrica).
13. Procedimiento según la reivindicación 1, que
comprende además introducir el material precursor (14) en la primera
y segunda zonas de calentamiento (20, 21) en una primer dirección,
e introducir el gas reductor (64) y el gas de carbonización (63) en
una segunda dirección, siendo dicha primera dirección contraria a
dicha segunda dirección.
14. Procedimiento según la reivindicación 1, que
comprende además introducir el gas reductor (64) y el gas de
carbonización (63) a caudales sustancialmente iguales, en base en
volumen.
15. Procedimiento según la reivindicación 1, que
comprende además introducir cada uno del gas reductor (64) y el gas
de carbonización (63) a aproximadamente 0,84 m^{3} por hora y
alimentar el material precursor a 5-7 gramos por
minuto.
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