DE2300023A1 - Isotroper kohlenstoff und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE

dr. W.Schalk · dipl.-ing. p. Wirth · dipl.-ing. G. Dannenberg DR.V.SCHMIED-KOWARZIK · DR. P. WElNHOLD · DR. D. GUDEL

6 FRANKFURT AM MAIN

CR. ESCHENHEIMER STRASSE 39

SK/SK Case 7QT3Ö7A

Koppers Company, Inc Kappers Building
Pittsburgh, Pa, 15219 /USA

Isotroper Kohlenstoff und Verfahren zu seiner Herstellung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf isotropen Kohlenstoff und auf ein Verfahren zu seiner Herstellung aus flüssigen Kohlanwasserstoffestillaten,

Der hier verwendete isotrope Kohlenstoff unterscheidet sich von elementarem Kohlenstoff, indem er eine solche physikalische Struktur hat, daß seine physikalischen und chemischen Eigenschaften in jeder gegebenen Raumrichtung dieselben sind. In seinem Aussehen ist isotroper Kohlenstoff eine harte, glasartige, unschmelzbare, glänzende Substanz. Ob eine besondere Kohlenstoffprobe isotroper oder anisotroper Kohlenstoff'ist (d.h. mit einer physikalischen Struktur, daß er aufgrund seiner Strukturorientierung unterschiedliche physikalische und chemische Eigenschaften zeigt), wird durch mikroskopische Untersuchung der Kohlenstofiprobe unter einem metallagrphischen Mikroskop festgestellt. Gewöhnlich wird die Kohlenstoffprobe auf einen Träger vom Epoxyharz-Typ aufgebracht und auf einen spiegelglatten Oberflächenfinish poliert. Die polißrte Oberfläche wird unter einem üblichen metallographischen Mikroskop

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Jn reflektiertem polarisiertem Licht mit gekreuzten Nicpl-priemen festgestellt."ist die Probe isotroper Kohlenstoff, dann gibt es beim Rotieren der Probe keine Veränderung in der Intensität des reflektierten polarisierten Lichtes; die Intensität des reflektierten polarisierten Lichtes verändert sieh jedoch beim Rotieren, wenn die Probe anisotroper Kohlenstoff ist.

Bisher wurde isotroper Kohlenstoff aus verschiedenen Ausgangsmaterialien, wie PhenolfcarmaldßhydpolynErisate, Aqetonfurfuralpolymerisate, Polyfurfurylalkohol und Phenolharze, hergestellt. In den meisten Fällen wurden diese Materialien nur bei erhöhten Tempraturen zwecks Umwandlung in isotropen Kohlenstoff verkohlt d.h. cartjordsiert ("carbonized"). Die Herstellung von isotropem Kohlenstoff aus solchen festen Ausgangsmaterialien ist jedoch aufgrund der hohen Kasten für diese Materialien teuer.

Kohleteerrestole ("coal tar flux oils") sind mit einem sauerstoffhaltigen Gas zwecks Bildung.pechartiger Substanzen in innige Berührung gebracht worden, die als Komponente, die als Komponente in Straßenbelägen (vgl. die US-Patentschrift 3 .304 1.91) oder als Komponente in Bachbelägen (vgl. die US-Patentschrift 3 304 192) verwendet worden sind.

Petroleumöle ("petroleum oils") sind mit einem sauerstoffhaltigen Gas zwecks Bildung einer pechartigen Substanz in innige Berührung gebracht worden, die durch einfache Wärmebehandlung zwischen 2500-300 C. leicht in Graphit, (eine Kohlenstofform mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften bei verschiedenen Richtungen) umgewandelt werden kann (vgl. z.B. die US-Patentschrift 3112 181). . ■

.Erfindungsgemäß wurde nun überraschenderweise ein Verfahren zur Herstellung van isotropem Kohlenstoff aus flüssigen Kohlenwasserstoffdestillaten gefunden

Die vorliegende Erindung bezieht sich daher auf isotropen Kohlenstoff und auf ein Verfahren zur Herstellung desselben aus Kohlenwasserstoffdestillaten, das

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dadurch gekennzeichnet ist, daß man das Kohlenwasserstoffestillat mit einem, elementaren Sauerstoff enthaltenden Gas bei Reaktionstemperaturen von etwa 250-42Q°C. in innige Berührung bringt, bis das Destillat sich in eine pechartige Substanz \jervandelt, die nach anschließender Carbonisierung bei Temperaturen über BOO G. isotropen Kohlenstoff bildet, z.B. bis mindestens etwa elementarer Sauerstoff mit 0^5 ^g Destillat zur Bildung der pechartigen Substanz reagiert hat, worauf die pechartige Substanz in einer inerten Atmosphäre auf Temperaturen über 800 C. zur Bildung von isotropem Kohlenstofferhitzt wird.

Die hier verwendete Bezeichung "Kohlenwasserstoffestillat" bezieht sich sowohl auf Kohleteer— als auch auf Erdöldestillate. Die Bezeichnung "Kohleteerdestillat" bezieht sich auf Destillatsubstanzen, die aus der Destillation von Kohleteer hergeleitet werden. Die Bezeichnung "Erdöldestillat" bezieht sich auf ein Material, das durch physikalische Maßnahmen, z.B. Destillation oder Extraktion, von einem rohen oder synthetischen Erdöl abgetrennt wird.

Erfindungsgemäß wird ein ausgewähltes Kohlenwasserstoffdestillat aus einer Substanz.mit öligen Eigenschaften in eine Substanz mit pechartigen Eigenschaften umgewandelt, indem man das Destilla^ mit einem, elementaren Sauerstoff enthaltenden Gas unter Reaktionsbedingungen bei erhöhten Temperaturen und ausreichenden Drucken zur Unterdrückung der Verflüchtigung des Destillates bei den erhöhten Temperature?? umwandelt, bis sich das Destillat in eine pechartige Substanz verwandelt, die nach Carbonisierung in einer inerten Atmosphäre bei Temperaturen über 800 C. isotropen Kohlenstoff liefert, wobei gewöhnlich mindestens etwa 14 1 elementarer Sauerstoff mit 0J45 kg Destillat umgesetzt wird. Danach werden die niedrig siedenden Bestandteile des oxidierten Destillates abdsstilliert. Die verbleibende Substanz wird anschließend -in einer inerten Atmosphäre bei Temperaturen über 800°C. zur Bildung von isotropen Kohlenstoff carbonisiert.

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Erfindungsgemäß können Kahleteer— und Erdöldestillate verwendet werden. Bie erfindungsgemäß bevorzugten Kohleteerdestillate sind Destillatöle mit uinem Siedebereich zwischen 200-400 C. und umfassen gewühnlich die sag. leichten, mittleren und schweren Teerölfraktionen. Diese Fraktionen sind aus zahlreichen Quellen leicht und in großem Umfang verfügbar. Die physikalischen Eigenschaften eines typischen Kohleteerdestillates in seinem ursprünglichen, unoxidierten Zustand und in seinen erfindungsgemäß geeigneten, oxidierten Zustand werden in der folgenden Tabelle aufgeführt:

Tabelle 1

physikalische Eigenschaften Kohleteerdestillat oxydiertes Kohleteer-

destillat

Erweichungspunkt [Ring und Ball)

in Benzol unlosl. Materialien	Spur
in Chinolih unlösl. Materialien	Spur
Conradson CV.	2-5 $
Destillation fASTM D246")
anfänglicher Siedepunkt	200°C.
kumulatives Destillat·
bis 210DC.	U yo
bis 235°C.	2,1 % '
bis 270°C.	12,6 °/>
bis 315°C.	36,3 %
bis.355°C.	80,2 %
Rest über 355°C.	19,2 °/o
elementare Zusammensetzung; Gew.-J'/o
Kohlenstoff	69,0-94,
Wasserstoff	4,0-7,0
Sauerstoff	1,0-2,0
Schwefel	0,2-0,B
Stickstoff	1,0-2,5

80-12Ü°C.

20,0-40,0 G 0,3-0,5 Gew 30-50 G

3,3 % 38,2 °/₀ 55,0-70,0 %

90,0-92,0 4,0-5,0 2,0-4,0 0,2-0,6 1,0-1,5

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Die erfindungsgemäß bevorzugten Erdöldestillate sind die "straight-run" Destillate mit Siedepunkten zwischen 20Q-6Ü0 C. und katalytisch gekrackte "rBcycle*¹ öle mit Siedepunkten zwischen 200- 500 G. Diese Destillate sind aus zahlreichen Quellen leicht und in großem Umfang verfügbar. Die physikalischen Eigenschaften eines typischen Erdöldestillates in seinem .ursprünglichen unoxidierten Zustand und im erfindungsgemäß geeigneten oxidierten Zustand werden in der folgenden Tabelle aufgeführt:

Tabelle 2

physikalische Ei-rgenschaften Erdöldestillat oxydiertes Erdöldestill.

Gießpunkt

Destillationsbereich (ASTM D24.6)

Gießpunkt — 73°C.

anfänglicher Siedepunkt 267°C. 283°C.

kumulatives Destillat

bis 2?0°C. ' 1,3 % —

bei 300^DC. 31,3 ^p/> 8,1 %

bis 315^DC. 47,3 % 19,2 %

bis 355°C. 78,9 % 30,3 %

bis 375°C. 87,5 % 44,6 %

Luft wird als sauerstoffhältiges Gas zur Berührung mit dem Kohlenwasserstoffdestillat gemäß der vorliegenden Erfindung bevorzugt.

Vermutlich liegt das entscheidende Merkmal der vorliegenden Erfindung in der Schwellenmenge an elementarem Sauerstoff, der sich mit dem Kohlenwasserstoff destillat zur Bildung der pechartigen Substanz kombiniert. Es wurde gefunden, daß ein Minimum von 14 1 (0,5 scf.) pro 450 g Kohlenwasserstoffestillat in der Berührungsreaktion zur Bildung

dann einer pechartigen Substanz umgesetzt werden muß, die/ein zufriedenstellender Vorläufer zur Herstellung von isotropem Kohlenstoff ist. Bei einer Reaktion von weniger als 14 1 Sauerstoff pro 450 g Destillat liefert das erhaltene Produkt bei der anschließenden Carbonisierung anisotropen KahTarwasser-

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stoff. Wenn das Kohlenwasserstoffdestillat mit mindestens 14 1 elementarem Sauerstoff umgesetzt wird, liefert das erhaltene Produkt bei der anschließenden Carbonisierung isotropen Kohlenstoff. Der Verbrauch an elementarem Sauerstoff wird zweckmäßig durch Sauerstoffbestimmung gemessen _t und zwar als Differenz zwischen der in das Kohlenwasserstoffdestillat einge-

führen Menge an elementarem Sauerstoff und der Menge an elementarem Sauerstoff, die das Kohlenwasserstoffdestillat während der Reaktion von sauerstoff haltigem Gas und Destillat verläßt.

In der erfindungsgemäß bevorzugten Ausführungform wird Luft einheitlich durch das Kohlenwasserstoffdestillat dispergiert, indem man diese bei Temperaturen von 250-420 C. in das Destillat einleitet; dabei wird ein Temperaturbereich von 350—3?0°G. bevorzugt. Bei diesem bevorzugten Temperaturbereich ist die Reaktionsgeschwindigkeit von elementarem Sauerstoff mit dem Kohlenwasserstoffdestillat so. schnell, daß die Konzentration an resBichem Sauerstoff in den austretenden Gasen unterhalb der unteren Explosionsgrenze der mit Kohlen— wasserstoffdämpfen gesättigten Austrittsgase gehalten werden kann. Zur Unterdrückung einer Verdampfung des Kohlenwasserstoffdestillates bei diesen Temperaturen sollte die Einführung der Luft unter Druck, vorzugsweise bei 5,6—7,0

2 '

kg/cm , erfolgen. Zur Erzielung einer hohen Reaktionsgeschwindigkeit sollte die Luft in feiner, inniger Dispersion durch das Kohlenwasserstoffdestillat dispergiert sein.

Nach der erfindungsgemäßen innigen Berührung von Luft mit dem Kohlenwasserstoffdestillat verändert sich letzteres von einer öligen Flüssigkeit in eine pechartige Substanz. Diese hat solche physikalischen Eigenschaften, daß sie ein guter Vorläufer zur Herstellung von isotropem Kohlenstoff ist. Typische Eigenschaften der pechartigen Substanz oder der oxidierten KohlenwassErstc ΐ destillate sind in den beiden obigen Tabellen angegeben worden.

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Die Art, durch welche das flüssige Kohlenwasserstoffdestillat in eine pechartige Substanz umgewandelt wird, ist nicht geinz klar. Vermutlich induziert jedoch der Sauerstoff die Bildung von freien Radikalen aus Kohlenwasserstoff rnolekülen, die sich leicht erneut kombinieren und das Molekular— gewicht des Destillates erhöhen. Der größte Teil des Sauerstoff, der mit dem Destillat reagiert hat, entweicht anschließend in den austretenden Gasen als Wasserdampf, ein Teil des Sauerstoffs verbleibt jedoch einverleibt in der hochmolekularen pechartigen Substanz.

Im Fall von Kohleteerdestillaten umfaßt des rohe oxidierte Kohleteerdestillat einen Hauptanteil relativ hoch siedender, kondensierter Bestandteile und einen geringen Anteil relativ niedrig siedender, .ursprünglicher Bestandteile. Diese niedrig siedenden Bestandteile müssen aus dem rohen, oxidierten Kohleteerdestillat, vorzugsweise durch übliche Destillationsverfahren, entfernt werden, um die Flüchtigkeit des oxidierten Kohleteerdestillates zu verringern.

Die erfindungsgemäß hergestellte, pechartige Substanz kann danach in viele verschiedene physikalische Formen gebracht oder vor der Carbonisierung auf verschiedene Weise behandelt werden, was von der beabsichtigten Endverwen— dung des isotropen Kohlenstoffes abhängt. Die pechartige Substanz kann z.B. zu Fäden VDn nur 5 Micron Durchmesser verformt werden (vgl. die Verfahren in der US-Anmeldung 140 474)

und anschließend zur Bildung isotroper Kohlenstofffaden carborisiert werden. Oder sie kann zur Imprägnierung vorher"gebildeter Kohlenstoffelektroden oder Bürsten, feuerfester Bausteine zur Verwendung in der Stahlindustrie, geformter Papierhalbstnff und andere poröse Gegenstände verwendet und dann zur Bildung verschiedener, kohlenstoffhaltiger Produkte oder Gebilde carbonisiert werden.

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Die pechartige Substanz kann carbonisiert werden, indem man sie auf mindestens OQO⁰C. in einer inerten Atmosphäre für relativ kurze Zeit erhitzt und bis zur Bildung des isotropen Kohlenstoff auf diesen Temperaturen hält. Die Geschwindigkeit, mit welcher die pechartige Substanz auf die-hohe Temperatur erhitzt wird, ist erfindungsgemäß nicht entscheidend. Ein üblicher Ofen oder Brennofen mit Mitteln zur Durchleitung eines inerten Gases, wie Stickstoff oder Argon, kann für die Carbonisierung der pechartigen Substanz verwendet werden.

Der erfindungsgemäß hergestellte Kohlenstoff ist isotroper Kohlenstoff, der gegen eine Graphitbildung beständig ist. Eine teilweise Graphitierung kann durch Wärmebehandlung des isotropen Kohlenstoffes bei Temperaturen von 2500 bis 3000^DC. erreicht werden; sie wird jedoch aufgrund der Anwesenheit einer hohen Konzentration von Netzwerkschäden im Kohlenstoff behindert, die sich aufgrund von Polymerisation und Kondensation des Kohlenwasserstoffdestillates entwickelt, welche durch den verbrauchten Sauerstoff induziert worden ist. B e i s ρ i e 1 1

1550 g Kohleteerdestillat (Kreosotöl) wurden in ein geschlossenes Reaktionsgefäß gegeben und auf eine Temperatur von 316 C. erhitzt; dann wurde Luft bei

erhöhtem Druck von 6,02 kg/cm 4 Stunden eingeleitet, wobei«das Destillat"auf 316 C. gehalten wurde. Die Luft wurde als feine Dispersion am Boden des Reaktors mit einer Geschwindigkeit von 1,32 scf/kg/std in das Kohleteerdestillat eingeleitet. Aus der Sauerstoffdifferenz wurde festgestellt, daß die verbrauchte Gesamtmenge an elementarem Sauerstoff 42 g pro kg Kohleteerdestillat betrug. Das mit Luft behandelte Destillat hatte den folgenden Destillationsbereich (gemäß ASTM Test D246):

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~ 9 —
anfänglicher Siedepunkt ' 231 C.

kumulatives Destillat

bis 270°C. 4,8¹Zo

bis 3ÜO^DC. 12,2 i*

bis 315°C. ^ 1ß<S °/>

bis 355°C. „ 53,6 ^

Ein Aliquot des mit Luft behandelten Destillates wurde aus dem Reaktionsgefäß Jentferrifc und in ejne.feuerfesfce^hale in einem elektrischen Brennofen gegeben, der mit gasförmigem Stickstoff durchgespült wurde. Das Aliquot wurde im Brennofen durch allmähliches Erhitzen bei einer Geschwindigkeit von 3 C./Min bis zu 1000 C. und Aufrechterhaltung dieser Temperatur für 1 Stunde carbonisiert, wobei im Brennofen die inerte Atmosphäre aus gasförmigem Stickstoff aufrechterhalten wurde.

Aus dem carborasierteη Aliquot wurde eine Probe hergestellt und unter einem metallographischen Mikroskop bei 800-facher Vergrößerung unter Verwendung von reflektiertem polarisiertem Licht und gekreuzten Nicol-Prismen untersucht. Die Probe wurde als isotroper Kohlenstoff identifiziert, da die Intensität des reflektierten polarisierten Lichtes sich beim Rotieren- der Probe senkrecht zur Beobachtungsachse nicht veränderte.

Bei sp i e 1 2_ ·

. 1620 g Kohleteerdestillat (Kreosotöl) wurden in ein geschlossenes Reaktions— gefäß gegeben. Das Kohleteerdestillat hatte gemäß ASTM Test D246 den folgenden Destillationsbereich:
anfänglicher Siedepunkt 220°C.

kumulatives Destillat

bis 235°C. ■ 2,1 %

bis 270°C. 12,6 °/>

bis 315°C. . 36,3 ^oy4

bis 355°G. 80,9 %

Rest _. * 19,2 %

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■■■■■■-■■■ - ίο -

Das Kohleteerdestillat im Reaktiansgefäß wurde auf 316 C, erhitzt und 4 Stunden bei atmosphärischem Druck mit; eingeleiteter Luft oxidiert, wobei das Destil- " lat auf. 316°C. gehalten wurde. Die Luft wurde als feine Dispersion am Boden des Reaktors bei einer Geschwindigkeit von 25,5 1/kg/std in das Destillat eingeleitet. Aus der Sauerstaffbestimmung wurde festgestöllt, daß die Gesamtmenge an verbrauchtem elementarem Sauerstoff 30 g pro kg Destillat betrug. Ein Aliquot des mit Luft behandelten Kohleteerdestillates hatte laut Bestimmung nach dem ASTM Test D246 den folgenden Destillationsbereich: anfänglicher Siedepunkt · 230°C.

kumulatives Destillat

bis 270°C. . 6,7 %

bis 3G0°C. 16,1 % ·

bis 315°G. - " 19,8 %

bis 355°C. · 59,4 %

Dieses Aliquot des luftbehandelten Kohleteerdßstillates wurde in eine feuerfeste Schale gegeben und in einen üblichen elektrischen Brennofen gestellt, der anschließend mit Stickstoff durchgespült wurde. Das Aliquot wurde dort durch allmähliches Erhitzen mit einer Geschwindigkeit von 3 C./min bis zu 1000 C. und Halten bei dieser Temperatur für/eine Stunde, wobei die inerte Atmosphäre aus gasförmigem Stickstoff im"Brennofen aufrechterhalten wurde, carbonisiert.

Danach wurde in oben beschriebener Weise eine Probe aus dem luftbehandelten Kohleteerdestillat hergestellt und unter einem metallographischen Mikroskop bei BOO-facher Vergrößerung unter Verwendung von reflektiertem polarisiertem Licht und gekreuzten Nicol-Prismen untersucht. Die Probe wurde als anisotroper Kohlenstoff identifiziert, da die Intensität des reflektierten polarisierten Lichtes beim Rotieren der Probe senkrecht zur Beobachtungsachse variierte.

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Beispiel 3

1450 g des in Beispiel 1 beschriebenen Kohleteerdestillates wurden in ein geschlossenes Reaktionsgefäß gegeben, auf 316 C.erhitzt und 4 Stunden bei erhöhtem Druck von 6,02 atü durch eingeleitete Luft oxidiert, wobei das Destillat auf 316^DG. gehalten wurde. Die Luft wurde als feine Dispersion am Boden des Reaktors bei einer Geschwindigkeit von 53 1/kg/std in das Kohleteerdestillat eingeführt. Aus der Sauerstoffbestimmung wurde gefunden, daß die Gesamtmenge an verbrauchtem, elementarem Sauerstoff 57 g pro kg Kohleteerdestillat betrug. Das luftbehandelte Destillat hatte laut ASTM-Test D246 den folgenden DestiUationsbereich: anfänglicher Siedepunkt 239 C.

kumulatives Destillat

bis 270°C. . 5,2 y>

bis 300°C. . _ _ io_f4 Oj₀

bis 315°C. " 14,2 %

bis 32£J°C. . 21,5 %

bis 355°C. Zersetzung beginnt

Erweichungspunkt 124 C. C/A

Ein Aliquot des luftbehandelten Destillates wurde aus dem Reakionsgefäß entfernt und in eine feuerfeste Schale in einem elektrischen Ofen gegeben, der mit gasförmigem Stickstoff durchgespült wurde. Dort wurde das Aliquot durch

ο ο

allmähliches Erhitzen mit 3 C./min bis zu 1000 G. und Halten bei dieser Temperatur für eine Stunde, wobei die inerte Atmosphäre aus gasförmigem Stickstoff im Brennofen aufrechterhalten wurde, carbonisiert.

Aus dem carbotisierten Aliquot wurde eine Probe hergestellt und unter einem metallographischen Mikroskop bei 800-facher Vergrößerung unter Verwendung von polarisiertem Licht und geKreüzten Nicol-Prismen untersucht. Die Probe wurde als isotroper Kohlenstoff identifiziert, da die Intensität des reflektierten polarisierten Lichtes sich beim Rotieren der Probe senkrecht zur Beobachtungsachse

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- 12 sich nicht veränderte.

Beispiel 4

1720 g eines "recycle" Öles (Shell Oil Company, 200X grade recycle oil) wurden in ein geschlossenes "Reaktiansgefäß gegeben. Das "recycle" Öl stammte aus der thermischen Krackung eines Erdöldestillates von einem Roherdöl. Das "recycle" Öl hatte laut ASTM Test D246 den folgenden Destillationsbereich: anfänglicher Siedepunkt 267 C.

kumulatives Destillat

bis 270^DG. 1,3 °/ά

bis 300°C. . 31,3 °/o

bis 315°C. . 47,3 ^c/o

bis 355°C. ■ . 78,9 ^c/o

bis 375°C. . 87,5 %

Das Öl im Reaktionsgefäß wurde auf 250 C. erhitzt und durch eingeleitete Luft 28 Stunden bei atmosphärischem Druck oxidiert, wobei das Öl auf 250°CΓ gehalten wurde. Die Luft wurde als feine üisperion am Boden des Reaktors mit einer Geschwindigkeit von 22,4 l/kg/std eingeleitet. Aus der Sauerstoffbestimmung wurde gefunden, daß die Gesamtmenge an verbrauchtem, elementarem Sauerstoff 80 g pro kg "recycle" Öl betrug. Anschließend wurde ein Aliquot

des luftbehandelten "recycle" Öles aus dem Reaktor entfernt (nach Abkühlen auf Zimmertemperatur); wobei man eine pechartige Substanz erhielt. Das luft-

o '

behandelte "recycle" 01 hatte einen Gießpunkt von 73 C. und laut ASTM Test D246 den folgenden Destillationsbereich:

anfänglicher Siedepunkt 283°C.

kumulatives Destillat

bis 270°G. —

bis 300^DC. . 8,1 %

bis 315°C. 19,2 $

bis 355°C. 30,3 °/>

bis 375°C. 44,6 $

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Dieses Aliquot des luftbehandelten "recycle" Öles wurde in eine feuerfeste Schale gegeben und in einen üblichen elektrischen Brennofen gestellt, der anschließend mit Stickstoff durchgespült vwrde. Das Aliquot wurde dort durch allmähliches Erhitzen bei einer Geschwindigkeit von 3 C./min bis zu 100Q°C. und Halten bei dieser Temperatur von 1 Stunde, wobei die inerte Atmosphäre aus gasförmigem Stickstoff im Brennofen aufrechterhalten wurde, carbonisiert.

Nach der Carbonisierung des luftbehandelten "recycle" üles wurde eine Prcbs hergestellt und unter einem metallographischen Mikroskop bei 800-facher Vergrößerung unter Verwendung von reflektiertem polarisiertem Licht und gekreuzten Nicol-Prismen untersucht. Die Probe wurde als isotroper Kohlenstoff identifiziert, da die Intensität des reflektierten polarisierten Lichtes sich beim Rotieren der Probe senkrecht zur Beobachtungsachse nicht variierte. Beispiel 5

3520 g eines "recycle" Öles (Shell Oil Company 200χ grade recycle oil) wurden destilliert, bis 50 % seines Volumens als Destillat übergegangen waren. Das Öl hatte laut ASTM Test D246 den folgenden Destillationsbereich: anfänglicher Siedepunkt

kumulatives Destillat bis 270°C.

bis 300°C.

bis 315°C.

bis 335°C.

bis 355°C.

Der Ölrückstand wurde in ein Reaktionsgefäß gegeben und auf 350⁰C. erhitzt. Luft wurde als feine Dispersion am Boden des Reaktors mit einer Geschwindigkeit von 22,1 1/kg/std für 28 Stunden bei atmosphärischem Druck in das

ο
Ol eingeleitet, wobei dieses auf 350 C. gehalten wurde. Aus der Sauerstoff— bestimmung wurde gefunden, daß die Gesamtmenge an verbrauchtem elementarem

310°C.	ο pi.
O	6 %
O	8 %
.0,
23,
55,

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Sauerstoff 61 g pro kg Ölrückstand betrug. Anschließend wurde ein Aliquot des luftbehandeltes Üles aus dem Reaktionsgefäß entfernt (nach Abkühlen auf Zimmertemperatur), wodurch man eine pechartige Substanz erhielt. Der luft—

behandelte Ölrückstand hatte einen Gießpunkt über 100 C* und einen Siedepunkt über 355°C.

Dieses Aliquot des luffcbehandelten Ölrückstandes wurde in eine feuerfeste. Schale gegeben und in einen üblichen elektrischen Brennofen gegeben, der anschließend mit Stickstoff durchgespült wurde. Das Aliquot wurde dort durch allmähliches Erhitzen bei einer Geschwindigkeit von 3 C./min bis zu 1000⁰C. und Halten bei dieser Temperatur für eine Stunde, wobei die inerte Atmosphäre aus gasförmigem Stickstoff im Brennofen aufrechterhalten wurde, carbonisiert.

Danach wurde wie oben eine Probe hergestellt und unter einem metallographi— sehen Mikroskop bei 800-facher Vergrößerung unter Verwendung won reflektiertem polarisiertem Licht und gekreuzten Nicol-Prismen untersucht. Die Probs wurde als anisotroper Kohlenstoff identifi-ziert, da die Intensität des polarisiertem Lichtes beim Rotieren der Probe senkrecht zur BeDbachtungsachse variierte.

Aus Beispiel 1 und 4 geht hervor, daß es eine, kritische Schwellenmenge Sauerstoff gibt, die bei der Umwandlung von Kohlenwasserstoffdestillaten, d.h. Kohleteer- und Erdöldestillaten, in eine pechartige Substanz verbraucht werden muß, so daß die pechartigen Substanzen nach Carbonisierung isotropen Kohlenstoff bilden. Wird dagegen, wie in Befiel 2 und 5, weniger als die kritische Schwellenmenge Sauerstoff bei der Umwandlung von Kohlenwasserstoffdestillaten in eine pechartige Substanz verbraucht, dann bildet sich nach Carbonisierung derselben anisotroper Kohlenstoff. Beispiel 3 zeigt, daß

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die Oxidation des Kohlenwasserstoffdestillates mit eingeleiteten Sauerstoffmengen über der Schwallenmenge keinerlei schädliche Wirkung auf das Kohlenwasserstoff destillat hat, das in isotropen Kohlenstoff umgewandelt werden soll.

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Claims (6)

Patentansprüche

1.- Verfahren zur Herstellung von isotropem Kohlenstoff aus einem Kohlenwasserstoff destiiiat , dadurch gekennzeichnet, daß man

a) das Destillat mit einem, elementaren Sauerstoff enthaltenden Gas bei einer Temperatur von 250-420 C. bis zur Umwandlung in eine pechartige Substanz, die nach Carbonisierung isotropen Kohlenstoff liefert, in. innige Berührung bringt und

b) die pechartige Substanz bei Temperaturen'über 800 G. zur Umwandlung in isotropen Kohlenstoff carbonisiert.

2,- V/erfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Destillat mit

wenigstens

dem Gas in Berührung gebracht wird, bis/14 1 (0,5 scf.) elementarer Sauerstoff pro 0,45 kg Destillat verbraucht sind.

3.— Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Gas Luft verwendet wird.

4.- Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Kohlenwasserstoff destiiiat ein Kohleteerdestillat verwendet wird.

5,- Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Kohlenwasserstoffüestillat ein Erdöldestillat verwendet wird.

6.- Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die pscharti— ge Substanz vor dem Carbonisierung zwecks Verringerung ihrer Flüchtigkeit noch destilliert.

Der Patentanwalt:

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