DE1933747B2 - Brennbare feststoffmischung zur erzeugung von kohlendioxyd - Google Patents

Description

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wobei M ein Alkalimetall (für Erdalkalimetalle er- wodurch sowohl die Reaktionsgeschwindigkeit und geben sich etwas abweichende Gleichungen) χ die die Temperatur wie auch die Erzeugung von Kohlen-Wertigkeit von M und M¹ ein Erdalkalimetall sind. dioxyd reduziert werden. Die Menge an Karbonat, Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, der die dem Gemisch zugegeben werden kann, ohne die Feststoffmischung ein organisches Karbonat zuzu- 5 autogene Verbrennung zu beeinträchtigen, ist eine setzen, das endothermisch zerfällt, wobei durch ge- Funktion der Zerfallstemperatur des Karbonats. Die eignete Wahl der Größe des Zusatzes unter Berück- Zerfallstemperatur soll die Verbrennungstemperatur sichtigung der thermischen Zerfallstemperatur des im des Gemisches, das das Karbonat enthält, nicht überEinzelfall verwendeten Karbonats eine sehr genaue steigen. Zweckmäßigerweise können Karbonate, die Steuerung des Verbrennungsvorgangs und damit der xo bei Temperaturen von etwa 300 bis 400 "C zerfallen, pro Zeiteinheit erzeugten Kohlendioxidmenge er- zugegeben werden, und zwar in Mengen bis herauf zu reicht werden kann. derjenigen, die ein Mol CO₂ erzeugt und zwar für

Ferner hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die jedes Mol CO₂, das durch die Peroxyd-Karbid-Reak-

Feststoffmischung eine kleinere Menge, vorzugsweise tion erzeugt wird. Es können ferner Karbonate zuge-

etwa 5 bis 10 Gewichtsprozent Borsäure bzw. Bor- 15 mischt werden, die bei etwa 800⁰C dissoziieren bzw.

oxyd enthält, da dieser Mischbestandteil die Rück- zerfallen, und zwar in Mengen bis zu derjenigen, die

absorption des CO₂ durch die Reaktionsprodukte etwa ein Viertel MoI CO₂ erzeugt, und zwar für jedes

weitgehend verhindert. Mol CO₂, das durch die Peroxyd-Karbid-Reaktion

Geeignete Peroxyde sind die Alkalimetallperoxyde, erzeugt wird. Die Karbonate können Pulverform,

beispielsweise Lithiumperoxyd Li₈O₂; Kaliumperoxyd ao Kristal'form oder eine andere feinverteilte Form

K₂O₂; und Natriumperoxyd Na₂O₂. Ferner Alkali- haben.

metallsuperoxyde, beispielsweise Natriumsuperoxyd Es ist wesentlich, daß die Mischungen wasserfrei

NaO₂ und Kaliumsuperoxyd KO₂; ferner Erdalkali- sind, so daß keiner der Bestandteile absorbiertes

metallperoxyde, beispielsweise Kalziumperoxyd CaO₂ Wasser oder Hydratwasser enthalten kann, die Ge-

und Bariumperoxyd BaO₂; ferner Erdalkalimetall- 15 mische müssen ferner während der Lagerung vor dem

superoxyde, beispielsweise Calciumsuperoxyd CaO₄. Wasserdampf der Atmosphäre geschützt werden.

Natrium- oder Kaliumsuperoxyd werden wegen Wasser reagiert mit den Peroxyden, wobei Sauerstoff

ihres hohen Sauerstoffgehaltes vorgezogen. Natrium- entsteht, und mit den Karbiden, wobei Azetylen ent-

oder Calciumperoxyd werden zweckmäßigerweise steht, wodurch, wenn auch langsam, möglicherweise

dann verwendet, wenn CO₂ mit den geringsten Kosten 30 explosive Mischungen gebildet werden können. Die

erzeugt werden soll und wenn eine geringere Erzeu- betreffenden Stoffe werden daher in einer trockenen

gung von CO₂ je Gewichtseinheit des verbrennenden Atmosphäre gemischt, gepreßt und abgepackt.

Stoffes zulässig ist. Die Peroxyde können in Pulver- Einige Bestandteile enthalten Verunreinigungen, die

form oder in körniger Form verwendet werden oder bei den Verbrennungstemperaturen zerfallen und

im Falle von KO₂ und Na₂O₂ in Form von Flocken, 35 Wasser abgeben, z. B. handelsübliches Calcium-

die entstehen, wenn das Metall in Luft versprüht wird, karbid, das eine beträchtliche Menge an gelöschtem

wie in der US-PS 24 05 580 beschrieben ist. Kalk Ca(OH)₂ enthält. Durch derartige Verunreini-

Geeignete Karbide sind Erdalkalimetallkarbide, gungen werden die Mischungen bei der Lagerung nicht

beispielsweise Calciumkarbid CaC₂, Magnesiumkarbid nachteilig beeinflußt, sie sind jedoch der Grund für die

MgC₁ und Bariumkarbid BaC₂; ferner Aluminium- 40 Bildung einer Flamme mit kurzer Dauer, was in

karbid Al₄C₃. Calciumkarbid wird wegen seines ge- manchen Anwendungsfällen unerwünscht sein kann,

ringen Preises und seines hohen Kohlenstoffgehaltes Wird handelsübliches Calciumkarbid verwendet,

vorgezogen. Die Karbide können in Pulverform, so wird zweckmäßigerweise der gelöschte Kalk durch

körniger Form oder in irgendeiner anderen fein- Erhitzung im Vakuum auf hohe Temperaturen, z. B.

verteilten Form verwendet werden. 45 auf etwa 438 C, zerlegt, worauf das Vakuum durch

Es können sämtliche anorganischen Karbonate ver- eine CO₂-Atmosphäre ersetzt wird, um den gelöschten

wendet werden, die ohne zu schmelzen thermisch zer- Kalk in Calciumkarbonat umzuwandeln. Sind die

fallen, wie z. B. Magnesiumkarbonat, Calciumkarbo- verwendeten Bestandteile im wesentlichen frei von

nat, Cäsiumkarbonat, Rubidiumkarbonat, Kobalt- Verunreinigungen, so daß kein Wasser bei der Ver-

karbonat, Nickelkarbonat und Zinkkarbonat. Magne- 50 brennung entsteht, so verbrennen die Gemische mit

siumkarbonat wird bevorzugt verwendet, da es einen einer flammenlosen Verbrennungsfront, die von der

hohen Kohlendioxydgehalt hat und bei niedriger Stelle der Zündung ausgeht.

Temperatur zerfällt. In kleinen Stücken, in der Größenordnung von

Vorzugsweise werden die Peroxyde und die Karbide etwa 10 g, geben die Peroxyd-Karbid-Gemische, mit in stöchiometrischen Verhältnissen verwendet, um die 55 oder ohne Karbonat, bis zu etwa 95 % Kohlendioxyd höchste Ausbeute an Kohlendioxyd zu erreichen. Es ab. Bei größeren kompakten Stücken, etwa mit einem können zwar auch andere Verhältnisse oder Anteile Gewicht von 100 g bis zu mehreren Kilogramm oder als die stöchiometrischen verwendet werden, womit darüber, ist die CO₂-Ausbeute wesentlich niedriger, jedoch keine weiteren besonderen Vorteile erreichbar z. B. etwa 60%, und zwar infolge der Rückabsorption sind. Gemische, die nur Peroxyde und Karbide ent- 60 des Kohlendioxyds durch bereits verbrannte Teile der halten, brennen nach der Zündung sehr schnell und kompakten Masse. Der Verlust durch Rückabsorption mit hoher Temperatur ab, so daß sehr schnell Kohlen- wird durch Zugabe einer kleineren Menge an Bordioxyd erzeugt wird. säure zu dem Gemisch weitgehend ausgeschaltet, da

Die Reaktionsgeschwindigkeit und die Temperatur hierdurch die festen Reaktionsprodukte aus kristallinen

können durch ein dem Gemisch zugegebenes thermisch 65 Komponenten, die Kohlendioxyd absorbieren, in

zerfallendes anorganisches Karbonat moderiert wer- glasartigen Komponenten umgewandelt werden, die

den. Der endothermische Zerfall absorbiert Wärme Kohlendioxyd nicht absorbieren. Die Zugabe von

aus der exothermischen Peroxyd-Karbid-Reaktion, etwa 5 bis 10 Gew.- % Borsäure führt zu einer Kohlen-

dioxydausbeute von 70 bis 80%. Es können größere Mengen an Borsäure verwendet werJen, z. B. bis zu 20% oder mehr, wodurch die Ausbeute weiterhin leicht gesteigert werden kann, jedoch auf Kosten der Menge an CO₂, die je Gewichtseinheit des verbrennenden Gemisches erzeugt wird.

Die zum Zusammenpressen der Stoffe zu einer zusammenhängenden kompakten Masse erforderlichen Drücke sind verschieden und hängen von den gewählten besonderen Bestandteilen ab, sie liegen jedoch zweckmäßigerweise im allgemeinen zwischen etwa 840 und 1400 kg/cm*.

Nachfolgend wird die Erfindung an Hand von Beispielen weiter erläutert:

Beispiel 1

Handelsübliches körniges Calciumkarbid wurde im Vakuum 2 Stunden lang bei etwa 427° C erwärmt, um den gelöschten Kalk zu zerlegen. In das Vakuum wurde dann CO₂ eingeführt, wodurch der gelöschte Kalk in Calciumkarbonat umgewandelt wurde. 2,8 g des vorbehandelten Karbids (75% CaC₂) und 7,9 g flockenförmiges KO₂ wurden gemischt und mit einem Druck von etwa 1050 kg/cm² zusammengepreßt, um einen zusammenhängenden Körper zu bilden. Dieser wurde elektrisch gezündet unter Verwendung eines BaCrO^Zr-Zündsatzes, worauf 1,411 von im wesentlichen reinem CO₂ schnell abgegeben wurde, d. h. 0,13 1 je Gramm der verbrennbaren Mischung.

Beispiel 2

Beispiel 1 wurde wiederholt, wobei 28 g an vorbehandeltem Karbid und 79 g KO₂ verwendet wurde. Die kompakte Masse brannte nach der Zündung mit

einer Verbrennungsfront ab, die eine Geschwindigkeit von etwa 10 cm/min hatte, wobei 9,51 CO₂ abgegeben wurden, d. h. 0,09 1 je Gramm des brennbaren Gemisches.

Beispiel 3

Aus 28 g an vorbehandeltem Karbid, 79 g KO₂ und 85 g MgCO₃ wurde ein inniges Gemisch gebildet und mit einem Druck von 1050 kg/cm* zusammengepreßt, um einen zusammenhängenden Körper zu bilden, der nach der Zündung mit einer Geschwindigkeit von etwa 5 cm/min abbrannte, wobei 17,31 CO₂ freigegeben wurden, d. h. 0,09 l/g des brennbaren Gemisches.

Beispiel 4

Aus 75 g vorbehandeltem Calciumkarbid, 210 g KO₂, 150 g MgCO₃ und 18 g B₂O₃ wurde ein inniges Gemisch hergestellt, das mit einem Druck von 1050 kg/

ao cm² zusammengepreßt wurde, um einen zusammenhängenden Körper zu bilden, der nach der Zündung mit einer Geschwindigkeit von etwa 5 cm/min abbrannie, wobei 461 CO₂ abgegeben wurden, d. h. 0,11 l/g des brennbaren Gemisches.

as Zusammensetzungen, in denen andere Peroxyde, Karbide oder Karbonate verwendet werden, brennen im wesentlichen ebenso ab wie die nach den obigen Beispielen, außer Zusammensetzungen, die Lithiumperoxyd enthalten, bei denen die Abbrenngeschwindigkeit etwa 25 % niedriger liegt.

Die ernndungsgemäßen Stoffe eignen sich besonders zur Erzeugung von Kohlendioxyd in transportablen Geräten, wie z. B. Feuerlöschern, Inertgas-Decken und anderen Feuerlöschgeräten.

Claims (4)

r. brennuagsvorgang unter Verwendung des Luftsauer- Patentanspriiche: Stoffs erzeugt werden kann, stand dagegen bisher keine geeignete Kohlendioxydquelle zur Verfügung.

1. Brennbare Feststoffmischung zur Erzeugung Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der von Kohlendioxyd, dadurch gekenn- 5 vorliegenden Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, zeichnet, daß sie aus einem verfestigten eine brennbare Feststoffinischung zur Erzeugung von Körper besteht, der ein gleichmäßig verteiltes Kohlendioxyd vorzuschlagen, die etwa in der Art der Oxyd aus der Gruppe der Alkalimetallperoxyde, bekannten Chlorat-Kerzen zur Erzeugung von Sauer-Alkalimetallsuperoxyde, Erdalkalimetallperoxyde stoff das gewünschte Gas in — bezogen auf das Ge- und Erdalkalimetallsuperoxyde und ein Karbid 10 wicht der Feststoffmischung — relativ großer Menge aus der Gruppe Erdalkalimetallkarbide und Alu- freisetzt, und zwar im Verlauf eines kontrolliert abminiumkarbide enthält, wobei diese Bestandteile laufenden chemischen Vorgangs.

im wesentlichen in stöchiometrischen Anteilen vor- Diese Aufgabe wird durch eine brennbare Feststoffliegen, mischung gelöst, die gemäß der Erfindung dadurch

2. Mischung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 15 gekennzeichnet ist, daß sie im wesentlichen aus einem zeichnet, daß sie ein gleichmäßig verteiltes an- verfestigten Körper besteht, der ein gleichmäßig verorganisches Karbonat enthält, das ohne zu schmel- teiltes Oxyd aus der Gruppe der Alkalimetallperoxyde, zen bei einer Temperatur unterhalb der Ver- Alkalimetallsuperoxyde, Erdalkalimetallperoxyde und brennungstemperatur des Stoffes thermisch zer- Erdalkalimetallsuperoxyde und ein Karbid aus der fällt. ao Gruppe Erdalkalimetallkarbide und Aluminiumkarbide

3. Mischung nach Anspruch 2, dadurch gekenn- enthält, wobei diese Bestandteile in stöchiometrischen zeichnet, daß sie Kaliumsuperoxyd, Kalzium- Anteilen vorliegen.

karbid und ein Karbonat enthält, dessen Zerfall- Eine solche brennbare Feststoffmischung ermöglicht

karbid und ein Karbonat enthält, dessen Zerfalls- es, auf Druckbehälter zu verzichten, welche schwer temperatur unter etwa 400° C liegt, und daß auf as und teuer sind, da bei ihrer Herstellung zahlreiche jedes Mol Kaliumsuperoxyd etwa ein Drittel Mol Sicherheitsvorschriften beachtet werden müssen, und Kalziumkarbid und etwa zwei Drittel Mol des welche trotzdem keine absolute Sicherheit gegen ein Karbonats kommen. Lecken bzw. einen Druckverlust bieten. Ein solcher

4. Mischung nach einem der vorhergehenden Druckverlust kann aber sehr schwerwiegende NachAnsprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie Bor- 30 teile haben, wenn das Kohlendioxyd für Notausoxyd enthält. rüstungen verwendet wird, die häufig für lange Zeit

in ungenutztem Zustand gelagert werden, wie dies

bei Feuerlöschern und Gassäcken der Fall ist, welche

als Sicherheitseinrichtungen in Automobilen einge-35 setzt werden sollen. Für diese Anwendungsfälle ist nun

Die Erfindung betrifft eine brennbare Feststoff- die erfindungsgemäße Feststoffmischung besonders mischung zur Erzeugung von Kohlendioxyd. geeignet, insbesondere da mit ihrer Hilfe das Kohlen-

Bekanntlich wird Kohlendioxyd für verschiedene dioxyd mit einer relativ konstanten Geschwindigkeit Anwendungszwecke benötigt, wobei es zumeist in entwickelt werden kann, was beispielsweise bei Vergrößeren Anlagen auf Druckbehälter abgefüllt und 40 Wendung von mit flüssigem Kohlendioxyd gefüllten in diesen dem Verbraucher angeliefert wird, wobei Druckbehältern nur bei Verwendung teurer Reduziereich auf Grund der Tatsachen, daß sich das Gas unter ventile erreicht werden kann.

dem in den Druckbehältern herrschenden Druck ver- Ein weiterer Vorteil der Feststoffmischung gemäß

flüsüigt, in diesen verhältnismäßig große Gasmengen der Erfindung besteht darin, daß sie ohne Energietransportieren lassen. Die US-Patentschrift 18 63 157 45 zufuhr weiterbrennt, sobald sie einmal an wenigstens beschreibt beispielsweise ein Verfahren zur Erzeugung einem Punkt auf ihre Zündtemperatur gebracht ist. von Kohlendioxyd, bei dem saure Substanzen in In dieser Hinsicht ist die Feststoffmischung den bekristalliner Form mit einem feuchtigkeitsabstoßenden kannten Chloratkerzen ähnlich. Die Feststoffmischung Stoff niedriger Schmelztemperatur gemischt und von gemäß der Erfindung wird für den praktischen Eindiesem umhüllt werden und bei dem die so behandelten 50 satz in einem Behälter angeordnet, der geeignete Aussauren Substanzen in Kontakt mit einem Karbonat laßöffnungen und Zündeinrichtungen aufweist und aus gebracht werden, wobei die chemische Reaktion dem das Kohlendioxyd nach Einleitung des Verzwischen diesen sauren Verbindungen und dem brennungsvorgangs austritt. Die Zündung der Fest-Karbonat durch die Temperatur regelbar ist, auf Stoffmischung kann unter Verwendung üblicher Zündweiche die Stoffe erwärmt werden. 55 sätze erfolgen, beispielsweise mit Hilfe eines elek-

Eine weitere einfache Möglichkeit zur Erzeugung trischen Zünders, eines erhitzten Drahtes oder einer von Kohlendioxyd besteht darin, gasförmige oder ver- chemischen Wärmequelle.

gasbare Kohlenwasserstoffe zu verbrennen, wobei der Zur Herstellung der Feststoffmischung gemäß der

zur Bildung des Kohlendioxyds erforderliche Sauer- Erfindung werden deren Bestandteile in feiner Verstoff der Atmosphäre entzogen werden kann. Ein der- 60 teilung gemischt und dann gepreßt, um einen verartiges Verfahren beschreibt die US-Patentschrift festigten Körper zu erzeugen.

33 48 922, die sich in erster Linie mit der Anreiche- Beim Verbrennen der Feststoffmischung ergeben

rung der Atmosphäre von Treibhäusern mit Kohlen- sich exotherme Reaktionen, in deren Verlauf Kohlendioxyd befaßt. dioxyd entsprechend den folgenden Gleichungen ent-

Für Anwendvngsfälle, bei denen einerseits der Ein- 65 steht:

satz von Druckgefäßen mit flüssiger Kohlensäure zu xiMir ^.firnxSMn j.iMmin

umständlich oder auch zu gefährlich wäre und in denen 10MO₈₁ + 3 M¹C₂ -> 6CO₄ + 5 M₄O₁ + 3 M¹O (1) das CO, auch nicht unmittelbar durch einen Ver- 5M₁O₁₁ + M¹C₈ -* 2CO₂ + 5M₂O₃: + M¹O (2)